PENGARUH BESAR MEDAN MAGNET TERHADAP PRESTASI MESIN DIESEL STASIONER SATU SILINDER
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Oleh : NUGRAHA MUNTHE (100401065)
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
ABSTRAK
Objek dalam penelitian ini adalah mesin diesel stasioner satu silinder, Smart Engine Test Bed TD 111 MK II dengan pengaruh medan magnet, dimana magnet dipasangkan disaluran pompa minyak. Adapun variasi medan magnet yang digunakan dalam pengujian ini adalah magnet X (2500 Gauss), magnet Y (2000 Gauss) dan magnet Z (350 Gauss). Tujuan dilakukan pengujian ini adalah untuk mengetahui pengaruh besar medan magnet terhadap prestasi mesin diesel stasioner satu silinder. Penelitian ini menggunakan serangkaian pengujian prestasi mesin diesel satu silinder dengan pembacaan instrumentasi secara langsung dan perhitungan menurut Willard Pulkrabek. Variasi beban yang digunakan adalah 3,5 kg dan 4,5 kg dengan kombinasi variasi putaran 1600 rpm, 1800 rpm, 2000 rpm, 2200 rpm, 2400 rpm dan 2600 rpm dengan mengunakan bahan bakar solar. Dari hasil pengujian diperoleh dengan menggunakan magnet X pada pembebanan 4,5 kg putaran 2600 rpm didapat daya poros yaitu : 3,28 kW, nilai SFC terendah yaitu : 93 g/kWh, nilai AFR tertinggi diperoleh yaitu : 52,80, nilai efisiensi termal tertinggi yaitu : 21,72 % dan heat loss tertinggi yaitu 24,98%. Kata kunci : pretasi mesin, magnet, medan magnet, putaran, beban statik, Gauss.
ABSTRACT
The object of this research is a stationary diesel engine with one cylinder, Smart Engine Test Bed TD 111 MK II, which was influenced by a magnetic field. The magnet was mounted at the fuel pump channel. The variations of the magnetic flux that use in this experiment are : magnet X (2500 Gauss), magnet Y (2000 Gauss), and magnet Z (350 Gauss). The purpose of this study is to find about the effect of the magnetic field to the performance of the engine. This method of this research is collect the input data by reading all the instrumentation directly, and then calculate it by using Willard Pulkrabek reference. Variations of the static load are : 3,5 kg and 4,5 kg. Variations of the rotation : 1600 rpm, 1800 rpm, 2000 rpm, 2200 rpm, 2400 rpm, 2600 rpm; where the engine use diesel fuel. From the experiment, it was found that magnet X brings the largest effect to the performance of the engine. The magnet X experiment’s result by using 4,5kg static load and 2600 rpm engine rotation: power brake obtained is 3,28 kW, SFC value at 93 g/kWh, AFR value at 52,80, thermal efficiency obtained 21,72% , and heat loss obtained 24,98%. Keyword: engine performance, magnet, magnetic field, engine rotation, static load, Gauss.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, dan kasih karuniaNyayang diberikan selama pengerjaan skripsi ini, sehingga skripsi ini dapat saya selesaikan. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan dan mendapat gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “Pengaruh Besar Medan Magnet Terhadap Prestasi Mesin Diesel Satu Silinder” Dalam penulisan skripsi ini tidak sedikit hambatan yang dihadapi oleh penulis. Penulis telah berupaya keras dengan segala kemampuan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh, serta bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing. Selama penulisan skripsi ini, penulis juga mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada: 1.
Kedua orang tua saya Ayahanda P. Munthe dan Ibunda R. Sagala yang telah memberikan dukungan doa, kasih sayang, semangat dan dukungan moril, materi serta motivasi kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
2.
Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan selaku dosen pembimbing yang banyak meluangkan waktu membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
3.
Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4.
Abang Hotdi E.Munthe, Kakak Ira M. Munthe dan Abang Hengki S. Munthe dimana mreka memberikan semangat, dukungan serta motivasi kepada penulis.
5.
Tandem TA saya Kaprianto B.P Manullang.
6.
Laboran Laboratorium Prestasi Mesin Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah banyak memberikan arahan kepada penulis selama pengujian berlangsung.
7.
Seluruh teman-teman penulis, khususnya teman-teman seangkatan 2010 dan terutama “DAMAI 2012” yang tidak dapat penulis sebutkan satupersatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis. Salam SOLIDARITY MACHINE FOREVER!! MESIN JAYA !!
8.
Seluruh staf pengajar
dosen dan staf tata usaha kak Sonta Sihotang
Departemen Teknik Mesin yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah. Penulis menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan kekeliruan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih.
Medan,
Februari 2014
Penulis
Nugraha Munthe Nim. 100401065
DAFTAR ISI ABSTRAK..............................................................................................
i
ABSTRACT.............................................................................................
ii
KATA PENGANTAR ............................................................................
iii
DAFTAR ISI ..........................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ..............................................................................
vii
DAFTAR TABEL ..................................................................................
x
DAFTAR NOTASI.................................................................................
xiv
BAB I ......................................................................................................
1
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .......................................................................
1
1.2 Tujuan Pengujian ....................................................................
2
1.3 Batasan Masalah .....................................................................
2
1.4 Manfat Pengujian ....................................................................
3
1.5 Metodologi Penulisan .............................................................
4
1.6 Sistematika Penulisan .............................................................
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Motor Bakar ...........................................................................
5
2.1.1 Motor Siklus 4 langkah ..................................................
7
2.2 Mesin Diesel ...........................................................................
8
2.2.1 Siklus Ideal Diesel ..........................................................
9
2.2.3 Prinsip Kerja Mesin Diesel .............................................
10
2.2.4 Penyemprotan Bahan Bakar ............................................
12
2.2.5 Proses Pembakaran dan Bahan Bakar .............................
13
2.2.6 Prestasi Motor Diesel ....................................................
18
2.2 Bahan Bakar Diesel ................................................................
21
2.3 Karakteristik Bahan Bakar Solar .............................................
22
2.4 Nilai Kalor Bahan Bakar .........................................................
26
2.5 Magnet ...................................................................................
28
2.5.1 Asal Kemagnetan ............................................................
27
2.5.2 Medan Magnet ................................................................
29
2.5.3 Sifat Kemagnetan ............................................................
31
2.5.4 Magnetic Flux Density ....................................................
31
2.6 Efek Magatasi Pada Bahan Bakar Solar 2.6.1 Reaktifitas Molekul .........................................................
32
2.6.2 Prinsip Kerja Magnet Pada Saluran Bahan Bakar ............
33
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat ..................................................................
35
3.2 Alat dan Bahan .......................................................................
34
3.2.1 Alat ................................................................................
34
3.2.2 Bahan.... .........................................................................
38
3.3 Metode Pengumpulan data ......................................................
38
3.4 Metode Pengolahan data .........................................................
37
3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian ...........................................
39
3.6 Prosedur Pengujian Prestas Mesin Diesel ................................
39
3.7 Prosedur Pengujian Prestas Mesin Diesel Menggunakan Magnet
40
3.8 Diagram Alir Penelitian ..........................................................
41
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Pengujian Prestasi Mesin Diesel .............................................
42
4.2 Hasil Pengujian Engine Tes Bed TD -111 ...............................
42
4.2.1 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel Tanpa Menggunakan Magnet ......................................................
43
4.2.2 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel Menggunakan Magnet X..........................................................................
43
4.2.3 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel Menggunkan Magnet Y..........................................................................
44
4.2.4 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel Menggunkan Magnet Z .........................................................................
45
4.3 Pengujian Prestasi Motor Diesel ............................................
46
4.3.1 Daya Poros (Power Brake) .............................................
46
4.3.2 Laju Aliran Massa Bahan Bakar (mf) .............................
49
4.3.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Specifik Fuel Consumption /sfc).................................................................................
52
4.3.4 Air Fuel Ratio (AFR)......................................................
55
4.3.5 Efisiensi volumetris ........................................................
59
4.3.6 Efisiensi termal ..............................................................
62
4.3.7 Heat loss ........................................................................
67
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ............................................................................
69
5.2 Saran ......................................................................................
70
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................
xii
LAMPIRAN ...........................................................................................
xiv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Asal Mula Tenaga ...................................................................... 7 Gambar 2.2 Gambar 2.2 Siklus 4 Langkah .................................................... 8 Gambar 2.3 Gambar Diagram P-v Mesin Diesel…………………………….. .9 Gambar 2.4 Diagram T-S Mesin Diesel......................................................... 10 Gambar 2.5 Langkah kerja mesin diesel 4 langkah ........................................ 12 Gambar 2.6 Grafik tekanan versus sudut engkol…………………………….. 14 Gambar 2.7 C16H34 (hidrokarbon rantai lurus)……………………………... 16 Gambar 2.8 alpha-methylnaphtalene………………………………………………17 Gambar 2.9 Kutub-kutub magnet……………………………………………..28 Gambar 2.10 Fluks Medan Magnet ............................................................... 29 Gambar 2.11 Formasi serbuk besi yang dipengaruhi medan magnet……………….. ................................................................................. 30 Gambar 2.12 Mekanisme kerja magnet.............................................……..…..30 Gambar 3.1 Small Test Engine Bed TD111 MKII………………………….... 35 Gambar 3.2 IC Engine Instrumentation TD 114 ........................................... 35 Gambar 3.3 Tecquipment TD115 MK II………..………………………… ... 35 Gambar 3.4 Magnet X (berkekuatan 2500 Gauss)............................................ 37 Gambar 3.5 Magnet Y (berkekuatan 2000 Gauss)........................................... 38 Gambar 3.6 MagnetZ (berkekuatan 350 Gauss)................................................38 Gambar 3.7 Diagram Alir Penelitian prestasi mesin diesel …..………………41 Gambar 4.1 Grafik Daya poros vs Putaran (rpm) pada Beban 3,5 kg…….......48 Gambar 4.2 Grafik Daya poros vs Putaran (rpm) pada Beban 4,5 kg.............. 49 Gambar 4.3 Grafik mf vs Putaran (rpm) pada Beban 3,5 kg............................51 Gambar 4.4 Grafik mf vs Putaran (rpm) pada Beban 4,5 kg............................ 54 Gambar 4.5 Grafik sfc vs Putaran (rpm) pada Beban 3,5 kg………………… 54 Gambar 4.6 Grafik sfc vs Putaran (rpm) pada Beban 4,5 kg….……………... 54 Gambar 4.7 Kurva Viscous Flow Meter Calibration…………………………….56 Gambar 4.8 Grafik AFR vs Putaran (rpm) pada beban 3,5 kg…..………….. 58 Gambar 4.9 Grafik AFR vs Putaran (rpm) pada beban 4,5 kg……………..... 59 Gambar 4.10 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran (rpm) pada beban
3,5 kg…………………………………………………………………………61 Gambar 4.11 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran (rpm) pada beban 4,5 kg………………………………………………………………………. ... 62 Gambar 4.12 Grafik Efisiensi Termal Brake vs Putaran (rpm) pada beban 3,5 kg………………………………………………………………………… 64 Gambar 4.13 Grafik Efisiensi Termal Aktual vs Putaran (rpm) pada beban 3,5 kg………………………………………………………………………… 65 Gambar 4.16 Grafik Heat Loss vs Putaran (rpm) pada Beban 3,5 kg……….. 68 Gambar 4.17 Grafik Heat Loss vs Putaran (rpm) pada Beban 4,5 kg……….. 68
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Spesifikasi minyak solar sesuai Surat Keputusan Dirjen Migas 3675K/DJM/2006…………………………………………….24 Tabel 4.1 Hasil Pengujian Mesin Disesl Tanpa Menggunakan Magnet...........43 Tabel 4.2 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel + Magnet X ....……………44 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel + Magnet Y…………..…...45 Tabel 4.4 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel + Magnet Z……………….46 Tabel 4.5 Data Perhitungan Untuk Daya Poros.............................................. 47 Tabel 4.6 Data Perhitungan Untuk Laju Aliran Massa bahan bakar (mf)........50 Tabel 4.7 Data Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar (sfc)…………………...53 Tabel 4.8 Data Perhitungan Air Flow Ratio (AFR)……………………..…....57 Tabel 4.9 Data Perhitungan Efisiensi Volumetris (%)………………………..60 Tabel 4.10 Data Perhitungan Efisiensi Thermal Brake ……………………....63 Tabel 4.11 Data Perhitungan Heat Loss........................……………………....68
DAFTAR NOTASI
SIMBOL
KETERANGAN
SATUAN
PB
Daya poros
kW
HHV
Nilai kalor atas
kJ/kg
LHV
Nilai kalor bawah
kJ/kg
Ta
Temperatur ambien
o
T1
Temperatur air pendingin sblm penyalaan
o
T2
Temperatur air pendingin stlh penyalaan
o
Te
Temperatur gas buang
o
Tkp
Kenaikan temperatur akibat kawat penyala
o
Cv
Panas jenis bom kalorimeter
kJ/kg oC
AFR
Air Fuel Ratio
Pa
Tekanan ambien
kPa
Laju aliran massa udara
kg/jam
Laju aliran bahan bakar
kg/jam
Putaran mesin
rpm
Efisiensi termal ideal
%
Efisiensi termal aktual
%
Efisiensi volumetris
%
Efisiensi Mekanis
%
SFC
Konsumsi bahan bakar spesifik
g/kW.h
tf
Waktu menghabiskan bahan bakar sebanyak 56ml detik
T
Torsi keluaran mesin
N.m
Densitas udara
kg/m3
Vs
Volume langkah torak
m3
sgf
Spesifik gravity
N
C C C C
C
