PERBANDINGAN UNJUK KERJA MOTOR BENSIN EMPAT LANGKAH SATU SILINDER YANG MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR CONDENSATE CNG DAN PERTALITE

TUGAS AKHIR – TM 145502

PERBANDINGAN UNJUK KERJA MOTOR BENSIN EMPAT LANGKAH SATU SILINDER YANG MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR CONDENSATE CNG DAN PERTALITE ANUGRA JESSA MENGGOLO NRP 2113 030 061 Dosen Pembimbing Ir. Joko Sarsetiyanto, M.T. NIP. 19610602 198701 1 001

PROGRAM STUDI D3 TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017

TUGAS AKHIR - TM 145502

PERBANDINGAN UNJUK KERJA MOTOR BENSIN EMPAT LANGKAH SATU SILINDER YANG MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR CONDENSATE CNG DAN PERTALITE ANUGRA JESSA MENGGOLO NRP. 2113030 061 Dosen Pembimbing

Ir. Joko Sarsetiyanto, M.T. NIP. 19610602 198701 1 001 PROGRAM STUDI D3 TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017

i

FINAL PROJECT - TM 145502

COMPARATIVE PERFORMANCE OF FOURSTROKE SINGLE CYLINDER ENGINE USING CONDENSATE CNG FUEL AND PERTALITE FUEL ANUGRA JESSA MENGGOLO NRP. 2113030 061 Consellor Lecture

Ir. Joko Sarsetiyanto, M.T. NIP. 19610602 198701 1 001 DIPLOMA 3 PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY SEPULUH NOPEMBER INSTITUTE OF TECHNOLOGY SURABAYA 2017

ii

LEMBAR PENGESAHAN PERBANDINGAN UNJUK KERJA MOTOR BENSIN EMPAT LANGKAH SATU SILINDER MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR CONDENSATE CNG DAN PERTALITE

TUGASAKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Ahli Madya pada Bidang Studi Konversi Energi Program Studi Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember SURABAYA Oleh: ANUGRA JESSA MENGGOLO Nrp. 2113 030 061

SURABAYA JANUARI2017 Ill

PERBANDINGAN UNJUK KERJA MOTOR BENSIN EMPAT LANGKAH SATU SILINDER YANG MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR CONDENSATE CNG DAN PERTALITE Nama Mahasiswa NRP Jurusan Dosen Pembimbing

: Anugra Jessa Menggolo : 2113 030 061 : D3 Teknik Mesin FTI - ITS : Ir. Joko Sarsetiyanto, MT

Abstrak Gas alam yang diolah menjadi CNG (Compressed Natural Gas) akan menghasilkan hasil samping yang berupa condensate. Pada condensate tersebut dilakukan pengujian laboratorium, sehingga didapatkan properties berupa nilai LHV = 44073,048 kJ/kg, nilai HHV = 47255,016 kJ/kg, massa jenis (ρ) = 716,7 kg/m3, dan nilai octane = 90,2. Dari data properties yang tersedia menunjukkan condensate CNG memiliki karakter mirip bahan bakar bensin. Selanjutnya condensate tersebut digunakan sebahagai bahan bakar mesin bensin dan kinerjanya akan dibandingkan dengan bahan bakar Pertalite. Pengujian unjuk kerja mesin dilakukan menggunakan mesin genset 1 silinder 4 langkah sesuai standar SNI. Data yang dihasilkan dari pengujian berupa nilai BMEP, BSFC, Torsi dan Efisiensi Thermal. Dari hasil pengujian didapat data bahan bakar condensate CNG memiliki nilai BMEP = 460,128 kPa, BSFC = 0,000279 kg/watt.jam, Torsi = 7,17 Nm, Efisiensi = 29,27%. Sedangkan bahan bakar Pertalite memiliki nilai BMEP = 482,884 kPa, BSFC = 0,000318 kg/watt.jam, Torsi = 7,52 Nm, Efisiensi = 23,89%. Sehingga mesin genset yang menggunakan bahan bakar condensate CNG lebih efisien dibandingkan dengan mesin genset yang menggunakan bahan bakar Pertalite. Kata kunci: CNG, condensate, genset, pertalite, unjuk kerja. iv

COMPARATIVE PERFORMANCE OF FOURSTROKE SINGLE CYLINDER ENGINE USING CONDENSATE CNG FUEL AND PERTALITE FUEL Student Name NRP Department Counselor Lecturer

: Anugra Jessa Menggolo : 2113 030 061 : D3 Mechanical Engineering FTI-ITS : Ir. Joko Sarsetiyanto, MT

Abstract Natural gas that is processed into CNG (Compressed Natural Gas) will produce a waste in the form of condensate. The Condensate is an alternatives fossil fuel. On laboratory experiment, obtained the properties of CNG condensate which is LHV = 44073.048 kJ/kg, t HHV = 47255.016 kJ/kg, density (ρ) = 716.7 kg/m3, and octane number = 90.2. From the data, shows that condensate CNG fuel have characters like gasoline. Then, CNG condensate waste fuel will use on gasoline engine and compared with the Pertalite fuel. Engine performance testing use 1 cylinder 4 stroke engine based on SNI. The resulting data from testing is BMEP, BSFC, Thermal Efficiency and Torque. From the test results obtained data on fuel condensate CNG is BMEP = 460.128 kPa, BSFC = 0.000279 kg/watt.jam, Torque = 7.17 Nm, Efficiency = 29,27%. And the the data of Pertalite fuel is BMEP = 482.884 kPa, BSFC = 0.000318 kg/watt.jam, Torque = 7.52 Nm, Efficiency = 23,89%. So the conclusion is the engine which use condensate CNG fuel, more efficient than engine using Pertalite fuel. Keyword: CNG, condensate, generator set, performance, pertalite.

v

KATA PENGANTAR Segala pujian dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan YME atas segala berkat dan anugerah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Dalam terselesaikannya tugas akhir ini, penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu secara moral maupun materi, yakni: 1. Bapak Ir. Joko Sarsetiyanto, MT., selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah banyak memberikan bimbingan dan ilmu mengenai motor pembakaran dalam yang terkait dengan tugas akhir. 2. Bapak Dr. Ir. Heru Mirmanto, MT., selaku Ketua Program Studi Diploma III Jurusan Teknik Mesin FTIITS. 3. Bapak Ir. Denny ME Soedjono, MT., selaku Koordinator Tugas Akhir Program Studi Diploma III Jurusan Teknik Mesin FTI-ITS. 4. Tim Dosen Penguji selaku dosen yang memberikan kritik, saran, serta masukan yang sangat bermanfaat untuk penyempurnaan tugas akhir ini. 5. Ayah, Ibu, Kakek, Nenek yang selalu memberikan dukungan penuh baik secara moril maupun materil. Tanpa do’a dan motivasi, penulis tidak bisa menyelesaikan tugas akhir dengan baik. 6. Adam Dewangga Menggolo sebagai adik yang selalu menjadi motivasi saya untuk terus menyelesaikan tugas akhir ini. 7. Seluruh Dosen dan Karyawan yang telah banyak membimbing penulis dalam menggali ilmu di D3 Teknik Mesin ITS. 8. Angga Adi Wibowo & Ruso Mahesa atas kerja samanya dalam mengerjakan dan menjadi partner yang baik dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

vi

9. Gilang Armada, Septyan Dana & Mas Sapto Wisasno yang telah membantu memberikan ide-ide dan membantu dalam praktikum percobaan. 10. Seluruh teman-teman angkatan 2013 yang selalu membantu dan memberikan semangat kepada penulis. Terimakasih atas segala kritik dan saran serta motivasi yang telah kalian berikan. 11. Semua pihak yang belum disebutkan di atas yang telah memberikan do’a, bantuan, dan dukungannya bagi penulis hingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik dan tepat waktu. Penulis mengharapkan kritik dan saran demi kesempurnaan tugas akhir ini. Akhirnya, penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan di masa depan.

Surabaya, Januari 2017

Penulis

vii

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ......................................................... i LEMBAR PENGESAHAN .............................................. ii ABSTRAK ........................................................................ iv KATA PENGANTAR ...................................................... vi DAFTAR ISI ..................................................................... viii DAFTAR GAMBAR ........................................................ xi DAFTAR TABEL ............................................................. xii DAFTAR GRAFIK .......................................................... xiii BAB I PENDAHULUAN ............................................................. 1.1 Latar Belakang ............................................................. 1.2 Rumusan Masalah ........................................................ 1.3 Tujuan Penelitian ........................................................... 1.4 Batasan Masalah ........................................................... 1.5 Manfaat Penelitian ........................................................ 1.6 Metode Penelitian ......................................................... 1.7 Sistematika Penulisan ................................................... BAB II DASAR TEORI ................................................................ 2.1. Motor Bakar Empat Langkah ...................................... 2.1.1. Prinsip Kerja ..................................................... 2.1.2. Konstruksi ......................................................... 2.2. Siklus Aktual Motor Bensin Empat Langkah ............... 2.2.1. Langkah Hisap .................................................. 2.2.2. Langkah Kompresi ............................................. 2.2.3. Langkah Ekspansi .............................................. 2.2.4. Langkah Pembuangan ........................................ 2.3. Bahan Bakar ................................................................. 2.3.1. Bahan Bakar Limbah CNG ................................ 2.3.1.1. Proses Pengolahan Gas Alam Menjadi CNG .................................................... 2.3.2. Bahan Bakar Pertalite ........................................ 2.4. Proses Pembakaran ....................................................... viii

1 1 1 1 1 2 3 3

5 5 5 9 16 17 17 17 17 17 17 17 20 21

2.4.1. Perbandingan Udara-Bahan Bakar ..................... 2.4.2. Perbandingan Dalam SIE ................................... 2.6. Perhitungan Laju Aliran Massa .................................... 2.7. Unjuk Kerja .................................................................. 2.7.1. Performance Mesin ............................................ 2.7.2. Daya .................................................................. 2.7.3. Torsi .................................................................. 2.7.4. BMEP ................................................................ 2.7.5. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (BSFC) ......... 2.7.6. Effisiensi Termis ................................................

22 22 23 24 24 24 26 26 27 28

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...................................... 3.1. Diagram Alir Penelitian ............................................... 3.2. Skema Peralatan............................................................ 3.3. Peralatan Penelitian....................................................... 3.4. Alat Ukur ..................................................................... 3.5. Perencanaan Penelitian ................................................. 3.6. Pengujian .....................................................................

29 30 31 31 32 35 35

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ............... 4.1. Data Hasil Penelitian .................................................... 4.2. Perhitungan ................................................................... 4.3. Analisa Hasil Pengujian Genset Menggunakan Bahan Bakar Pertalite dan Limbah CNG ...................... 4.3.1. Data Hasil Pengukuran Unjuk Kerja Genset Menggunakan Bahan Bakar Pertalite Pada Putaran 3200 rpm ................................................. 4.3.2. Data Hasil Pengukuran Unjuk Kerja Genset Menggunakan Bahan Bakar Pertalite Pada Putaran 3000 rpm ................................................. 4.3.3. Data Hasil Pengukuran Unjuk Kerja Genset Menggunakan Bahan Bakar Limbah CNG Pada Putaran 3200 rpm ................................................. 4.3.4. Data Hasil Pengukuran Unjuk Kerja Genset Menggunakan Bahan Bakar Limbah CNG ix

37 37 37 38

38

42

47

Pada Putaran 3000 rpm ................................................. 4.3.5. Data Hasil Perhitungan Genset Menggunakan Bahan Bakar Pertalite ............................ 4.3.6. Data Hasil Perhitungan Genset Menggunakan Bahan Bakar Limbah CNG.................... 4.3.7. Grafik Unjuk Kerja Mesin Genset Menggunakan Bahan Bakar Pertalite dan Limbah CNG ................................................................ 4.4. Grafik Perbandingan Dan Pembahasan ........................ 4.4.1. Grafik Perbandingan Dan Pembahasan BMEP ... 4.4.2. Grafik Perbandingan Dan Pembahasan BSFC .... 4.4.3. Grafik Perbandingan Dan Pembahasan Torsi ...... 4.4.4. Grafik Perbandingan Dan Pembahasan Effisiensi .......................................................................

52 57 59

61 63 63 64 65 67

BAB V PENUTUP ......................................................................... 69 5.1. Kesimpulan ................................................................... 69 5.2. Saran ............................................................................. 69 DAFTAR PUSTAKA BIODATA LAMPIRAN

x

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Gambar 2.2. Gambar 2.3. Gambar 2.4. Gambar 2.5. Gambar 2.6. Gambar 2.7. Gambar 2.8. Gambar 2.9. Gambar 2.10. Gambar 2.11. Gambar 2.12. Gambar 2.13. Gambar 3.1. Gambar 3.2. Gambar 3.3. Gambar 3.4. Gambar 3.5. Gambar 3.6. Gambar 3.7. Gambar 3.8.

Skema gerakan siklus empat langkah ....... Diagram P-V dari siklus ideal mesin bensin 4 langkah ........................................ Konstruksi mesin bensin empat langkah .... Piston ......................................................... Mekanisme katup ....................................... Bagian bagian karburator ........................... Busi ............................................................ Diagram P-V siklus actual ......................... Siklus actual 2 langkah dan 4 langkah ....... Proses pengolahan gas alam ....................... Gas / liquid separator ................................. Air fuel ratio .............................................. Diagram P-V teoritis .................................. Skema peralatan pengujian ........................ Mesin bensin loncin 3500-A ...................... Buret .......................................................... Heles Amperemeter .................................... Heles Voltmeter.......................................... Krisbow tachometer ................................... Casio stopwatch ......................................... Beban lampu ..............................................

xi

6 7 9 10 11 12 15 15 16 18 19 23 23 29 30 30 31 31 32 32 33

DAFTAR TABLE Table 2.1. Table 2.2. Table 2.3. Table 3.1. Table 4.1. Table 4.2. Table 4.3. Table 4.4. Tabel 4.5.

Tabel 4.6.

Tabel 4.7.

Tabel 4.8.

Komposisi gas alam ................................... 17 Properties limbah CNG .............................. 20 Properties Pertalite ..................................... 21 Parameter pengujian ................................... 36 Waktu konsumsi 40 mL bahan bakar Limbah CNG pada putaran 3000 rpm .................... 38 Waktu konsumsi 40 mL bahan bakar Limbah CNG pada putaran 3200 rpm .................... 42 Waktu konsumsi 40 mL bahan bakar Pertalite pada putaran 3000 rpm .............................. 47 Waktu konsumsi 40 mL bahan bakar Pertalite pada putaran 3200 rpm .............................. 51 Data hasil perhitungan unjuk kerja Genset dengan bahan bakar Pertalite pada putaran 3000 rpm ....................................... 56 Data hasil perhitungan unjuk kerja Genset dengan bahan bakar Pertalite pada putaran 3200 rpm ....................................... 57 Data hasil perhitungan unjuk kerja Genset dengan bahan bakar Limbah CNG pada putaran 3000 rpm ............................... 58 Data hasil perhitungan unjuk kerja Genset dengan bahan bakar Limbah CNG pada putaran 3200 rpm............................... 59

xii

DAFTAR GRAFIK Grafik 4.1. Unjuk kerja mesin genset menggunakan bahan bakar condensate CNG pada putaran 3000 rpm.................................... Grafik 4.2. Unjuk kerja mesin genset menggunakan bahan bakar condensate CNG pada putaran 3200 rpm.................................... Grafik 4.3. Unjuk kerja mesin genset menggunakan bahan bakar Pertalite pada putaran 3000 rpm.................................... Grafik 4.4. Unjuk kerja mesin genset menggunakan bahan bakar Pertalite pada putaran 3200 rpm.................................... Grafik 4.5. Perbandingan BMEP menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite pada putaran 3000 rpm.................................... Grafik 4.6. Perbandingan BMEP menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite pada putaran 3200 rpm.................................... Grafik 4.7. Perbandingan BSFC menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite pada putaran 3000 rpm.................................... Grafik 4.8. Perbandingan BSFC menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite pada putaran 3200 rpm.................................... Grafik 4.9. Perbandingan Torsi menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite pada putaran 3000 rpm.................................... Grafik 4.10. Perbandingan Torsi menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite pada putaran 3200 rpm....................................

xiii

60

60

61

61

62

62

63

63

64

65

Grafik 4.11. Perbandingan Efisiensi menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite pada putaran 3000 rpm.................................... 66 Grafik 4.12. Perbandingan Efisiensi menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite pada putaran 3200 rpm.................................... 66

xiv

BAB I PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang Bahan bakar fosil merupakan bahan bakar yang tidak dapat diperbarui, bahan bakar fosil ini keberadaannya sangat penting bagi kehidupan umat manusia seperti kebanyakan proses industri, transportasi, dan kebutuhan rumah tangga. Sehingga saat ini sangat dibutuhkan sumber bahan bakar fosil lain sebagai alternatif bahan bakar fosil yang sudah ada. Salah satunya adalah bahan bakar yang berasal dari limbah pada proses pembuatan CNG (Compressed Natural Gas). CNG (compressed natural gas) dibuat dengan melakukan kompresi metana (CH4) yang di ekstrak dari gas alam dengan tekanan hingga 200 bar (197 atm) tanpa merubah bentuk gas tersebut menjadi cair. Proses ekstraksi metana (CH4) pada gas alam dilakukan dengan langkah-langkah: memisahkan gas alam dengan air/minyak, menghilangkan kandungan H2S dan CO2, menghilangkan kandungan H2O dan Hg, fraksionasi dan ekstraksi gas metana (CH4), kompresi gas metana (CH4). Condensate CNG yang digunakan sebagai alternatif bahan bakar diperoleh pada saat proses fraksionasi gas. Sehingga dalam penelitian kali ini bagaimana penggunaan condensate pada proses pengolahan CNG dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar pada motor pembakaran dalam. 1.2

Rumusan Masalah Dari uraian diatas, permasalahan yang muncul pada penelitian ini adalah: 1. Bagaimana kinerja genset empat langkah ketika menggunakan bahan bakar condensate CNG. 2. Bagaimana perbandingan unjuk kerja mesin genset empat langkah menggunakan bahan bakar condensate CNG dengan menggunakan bahan bakar Pertalite. 1

1.3

Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Untuk mengetahui unjuk kerja genset motor bakar empat langkah menggunakan bahan bakar condensate CNG. 2. Untuk mengetahui perbandingan unjuk kerja mesin genset antara menggunakan bahan bakar Pertalite dan menggunakan bahan bakar condensate CNG.

1.4

Batasan Masalah Agar permasalahan yang dibahas tidak terlalu meluas, maka diberikan batasan-batasan sebagai berikut : 1. Pengujian dilakukan pada genset motor bensin 4 langkah 1 silinder merk Loncin seri 3500-A, volume silinder 196 cc menggunakan karburator sebagai penyalur pasokan udara. 2. Bahan bakar bensin menggunakan Pertalite dan limbah CNG. 3. Kondisi temperatur udara sekitar dianggap konstan (34OC). 4. Tidak membahas reaksi kimia pada penggunaan bahan bakar Pertalite dan limbah CNG. 1.5

Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi sumbangan bagi ilmu pengetahuan serta dapat memberi informasi kepada perusahaan pengolahan gas alam, khususnya untuk pengolahan CNG tentang manfaat dari hasil samping yang berupa condensate sebagai bahan bakar motor bakar bensin yang ditinjau dari parameter unjuk kerjanya. 1.6

Metode Penelitian Metode penelitian yang digunakan penulis untuk mencapai tujuan penelitian dari Tugas Akhir ini adalah : 2

1. Studi Literatur Dasar-dasar pengetahuan mengenai tema dari tugas akhir ini, dilakukan dengan observasi, konsultasi dengan dosen D3 Teknik Mesin FTI-ITS dan mencari referensi pada buku, makalah, jurnal-jurnal yang berhubungan dengan unjuk kerja mesin bahan bakar limbah CNG dan Pertalite dengan tujuan mendapatkan acuan untuk analisa dan perhitungan. 2. Studi Laboratorium Melakukan pengujian di Laboratorium Energi LPPMITS untuk mengetahui properties bahan bakar dan Laboratorium Motor Bakar Workshop D3 Teknik Mesin FTI-ITS dengan peralatan mesin genset dan alat ukur yang telah tersedia untuk mendapatkan data-data yang diperlukan. 3. Analisa Data Data-data riil hasil pengujian dianalisis dengan tujuan mengetahui perbandingan penggunaan bahan bakar condensate CNG dengan Pertalite terhadap parameter unjuk kerja mesin genset empat langkah. 1.7

Sistematika Penulisan Laporan tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan yang bersifat umum adalah sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Bab ini akan membahas mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, metode penelitian dan sistematika penulisan.

3

BAB II DASAR TEORI Bab ini berisi teori-teori yang menunjang pelaksanaan penelitian, perhitungan dan pemecahan masalah yang berguna untuk analisa data yang telah diperoleh. BAB III METODOLOGI Bab ini menjelaskan metodologi dan diagram alir dari pengujian yang akan dilakukan dalam penelitian serta alatalat yang dipergunakan dalam pelaksanaan pengujian. BAB IV PEMBAHASAN Bab ini akan dijelaskan bagaimana unjuk kerja dan pengaruh pemakaian bahan bakar condensate CNG dan Pertalite pada mesin genset empat langkah. Dalam tahap ini juga dilakukan analisa berdasarkan data-data hasil pengujian yang meliputi : a. Putaran mesin b. Konsumsi bahan bakar yang ditunjukan alat ukur dalam keadaan putaran mesin constant speed c. Arus d. Tegangan e. Laju aliran massa bahan bakar f. Daya (BHP & BMEP) g. Torsi h. Efisiensi BAB V KESIMPULAN Bab ini menyatakan kesimpulan pernyataan akhir dari uraian dan penjelasan pada bab-bab sebelumnya. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

4

BAB II DASAR TEORI 2.1.

Motor Bakar Empat Langkah Motor pembakaran dalam (internal combustion engine) empat langkah pertama kali ditemukan oleh pria asal Jerman yang bernama Nikolaus August Otto pada tahun 1876, oleh sebab siklus empat langkah pada motor pembakaran dalam dikenal sebagai siklus Otto (Otto cycle). Motor pembakaran dalam adalah mesin kalor yang berfungsi untuk mengkonversikan energi kimia yang terkandung dalam bahan bakar menjadi energi mekanis dan prosesnya terjadi di dalam suatu ruang bakar yang tertutup. Energi kimia dalam bahan bakar terlebih dahulu diubah menjadi energi thermal melalui proses pembakaran. Energi thermal yang diproduksi akan menaikkan tekanan yang kemudian menggerakkan mekanisme mesin. Dalam proses pembakaran tersebut, bagian-bagian motor melakukan gerakan berulang yang dinamakan siklus. Setiap siklus yang terjadi dalam mesin terdiri dari beberapa urutan langkah kerja. Pada motor bensin empat langkah, siklus kerjanya diselesaikan dalam empat langkah yang meliputi: langkah hisap, langkah kompresi, langkah kerja, dan langkah buang. 2.1.1.

Prinsip Kerja Motor bakar empat langkah adalah sebuah mesin dimana untuk menghasilkan sebuah tenaga memerlukan empat langkah naik-turun piston, dua kali putaran poros engkol (crank shaft), dan satu putaran noken as (cam shaft). Posisi tertinggi pada gerakan piston disebut titik mati atas (TMA) sedangkan yang terendah disebut titik mati bawah (TMB). Keempat langkah pada motor empat langkah adalah langkah hisap, langkah kompresi, langkah kerja (usaha) dan langkah buang. Masing-masing membutuhkan

5

180º pada putaran crank shaft sehingga dalam satu siklus membutuhkan 720º. Beberapa kejadian berikut, membentuk siklus dalam motor bensin : 1. Mengisi silinder mesin dengan campuran udara dan bahan bakar yang telah mengalami pengabutan. 2. Penekanan pada silinder, dimana volume silinder yang sudah terisi campuran bahan bakar dan udara dimampatkan sehingga tekanan dan suhu menjadi naik. 3. Penyalaan oleh busi. 4. Pembakaran bahan bakar dan pengembangan gas panas. 5. Mengosongkan hasil pembakaran dari silinder. Keempat kejadian ini terjadi berulang-ulang pada waktu mesin menyala. Jika masing-masing dari keempat kejadian ini memerlukan langkah torak yang terpisah, maka daurnya disebut daur empat langkah. Empat kejadian utama ditunjukkan secara skematis pada gambar.

Gambar 2.1. Skema gerakan siklus empat langkah (Sumber: http://iswantosite.blogspot.co.id/2013/01/prinsip-kerjamotor-bakar-torak-2-dan-4.html)

6

Gambar 2.2. Diagram P-V dari siklus ideal mesin bensin 4 langkah (Sumber: www.5osial.wordpress.com) Proses ( 0-1 ): Langkah Hisap Pada langkah hisap posisi katup hisap dalam keadaan terbuka, katup buang dalam keadaan menutup serta torak bergerak dari TMA (titik mati atas) menuju ke TMB (titik mati bawah). Akibatnya terjadi kevakuman di dalam silinder yang menyebabkan terisapnya campuran udara dan bahan bakar masuk ke dalam silinder. Proses ( 1-2 ): Langkah Kompresi Isentropik Setelah bahan bakar masuk ke dalam silinder torak masih bergerak dari TMA menuju ke TMB, katup hisap mulai menutup sehingga kedua katup dalam keadaan tertutup. Dengan demikian campuran udara dan bahan bakar tersebut dikompressi oleh tekanan torak ketika torak bergerak dari TMB menuju TMA.

7

Proses ( 2-3 ): Proses Pembakaran Pada Volume Konstan Proses pembakaran terjadi sesaat sebelum torak mencapai TMA, busi memercikkan bunga api listrik pada ujung elektrodanya yang menyebabkan terbakarnya campuran udara dan bahan bakar. Akibat proses pembakaran, tekanan dan temperatur di ruang bakar naik lebih tinggi dan terjadi ledakan. Sesudah torak mencapai TMA energi yang dihasilkan segera diekspansikan oleh torak. Proses ( 3-4 ): Langkah Ekspansi Isentropik Ledakan yang terjadi di dalam silinder mengakibatkan tekanan meningkat dan mendorong torak menuju TMB. Pada langkah ini posisi katup hisap dan katup buang masih dalam keadaan tertutup. Selama proses ekspansi ini tekanan dan temperatur mulai turun sedikit demi sedikit dan berlangsung proses isentropik. Proses ( 4-1 ): Proses Pembuangan Pada Volume Konstan Proses pembuangan sejumlah gas pembakaran terjadi pada saat torak mencapai TMB. Pada langkah ini, posisi katub buang terbuka dan katup hisap tertutup. Pada proses ini berlangsung pada volume konstan. Proses ( 1-0 ): Langkah Buang Pada langkah buang posisi katup isap dalam keadaan menutup dan katup buang dalam keadaan terbuka sehingga gas bekas keluar dengan sendirinya. Torak bergerak dari TMB menuju ke TMA, mendorong gas sisa pembakaran yang selanjutnya keluar menuju saluran keluar (exhaust manifold).

8

2.1.2. Konstruksi

Gambar 2.3. Konstruksi mesin bensin empat langkah (Sumber: www.howstuffworks.com) Keterangan : A. Intake valve, rocker arm, I. Camshaft spring J. Exhaust valve, rocker arm, B. Valve cover spring C. Saluran intake K. Busi D. Cylinder head L. Saluran exhaust E. Saluran pendingin M. Piston (Torak) F. Engine block N. Connecting rod G. Bak oli O. Rod bearing H. Penghisap oli P. Crankshaft

9

Beberapa komponen-komponen dalam mesin motor bensin 4 tak adalah: 1. Torak (Piston) Torak merupakan bagian mesin yang bersinggungan langsung dengan gas bertekanan dan bertemperatur tinggi, torak bergerak translasi dengan kecepatan tinggi. Torak pada mesin bensin empat tak dilengkapi dengan tiga ring torak. Ring pada bagian atas berfungsi agar gas pembakaran yang bertekanan tinggi tidak masuk kedalam ruang engkol (crankcase). Ring bagian bawah berfungsi sebagai pengontrol oli yang menempel pada dinding silinder.

Gambar 2.4. piston (Sumber: http://read.motorplus-online.com/read/cNU/3/0/PistonRacing-Hi-Speed-Bore-up-Untuk-Balapan) 2.

Katup (Valve) Untuk mesin empat langkah pemasukan bahan bakar dan pembuangan gas sisa pembakaran dilakukan melalui katup masuk dan katup buang. Terbuka dan tertutupnya kedua katup tersebut diatur oleh perputaran poros kam atau poros hubungan. Untuk membedakan antara katup hisap dan katup buang dapat dilihat dari diameter katup. Diameter katup hisap lebih besar daripada katup buang. Ukuran katup hisap ini berfungsi untuk memperbanyak jumlah bahan bakar yang masuk ke dalam ruang bakar. Pembukaan

10

dan penutupan katup diatur melalui mekanisme yang ditunjukkan gambar dibawah ini.

Gambar 2.5. Mekanisme katup (Sumber: Arismunandar, 2002:12) Keterangan: 1. Tuas 2. Batang penekan 3. Pengikut kam (tapet) 4. Poros bubungan 5. Bubungan 6. Ujung bubungan 7. Lingkaran dasar bubungan 8. Batang penekan 9. Jarak bebas katup

10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

Penahan pegas Pemegangan Pegas luar Pegas dalam Jalan katup Batang katup Dudukan katup Bidang rapat katup 18. Kepala katup

11

3.

Karburator Karburator berfungsi memasukkan campuran udara-bahan bakar kedalam ruang bakar dalam bentuk kabut dan mencampur dengan perbandingan yang tepat pada setiap tingkatan putaran mesin.

Gambar 2.6. Bagian bagian karburator (Sumber: Arismunandar, 2002:12) Keterangan: 1. Pegas katup gas 2. Stoper kabel gas 3. Dudukan jarum skep 4. Katup gas 5. Baut pengatur udara 6. Plunger starter 7. Baut pengatur gas 8. Katup Jarum

9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

Dudukan katup Jarum Needle jet Main jet Pilot jet Pen pelampung Pelampung Tutup ruang pelampung Baut penguras

Fungsi bagian karburator : a. Katup gas Mengatur jumlah campuran bensin dengan udara yang akan dimasukkan kedalam ruang bakar. Bentuk lekukan

12

pada bagian bawah katup gas yang mengarah pada lubang pemasukan udara saat posisi menutup akan berfungsi sebagai penutup saluran udara. b. Needle Jet Berfungsi untuk mengatur jumlah campuran bensin dengan udara yang mengalir melalui saluran penyiram dari 1 /4 sampai dengan 3/4 pembukaan katup. c. Pilot jet Untuk mengatur jumlah bahan bakar yang digunakan pada waktu putaran rendah. d. Main Jet Untuk mengatur jumlah bahan bakar yang digunakan pada waktu putaran tinggi. e. Ruang pelampung Sebagai tempat menampung sementara bahan bakar yang akan dialirkan ke ruang bakar. f. Pelampung Untuk mempertahankan tinggi permukaan bahan bakar didalam ruang pelampung agar selalu tepat. g. Sekrup penyetel udara Untuk mengatur jumlah udara yang akan bercampur dengan bensin. h. Sekrup penyetel gas Untuk mengatur posisi pembukaan katup pada dudukan terendah untuk menentukan putaran stasioner. i. Choke Choke pada dasarnya untuk memberikan supply bahan bakar dengan jalur khusus. Sistem supply bahan bakar

13

dengan karburator biasanya mengandalkan daya hisap mesin untuk menarik bahan bakar. Oleh karena itu, saat karburator tidak bekerja dengan baik, misal pelampung terlalu rendah, maka bahan bakar di karburator perlu diisi dulu dengan mengandalkan daya hisap piston. Hal ini menyebabkan pengisian bahan bakar di ruang bakar menjadi lebih lama. Untuk sedikit memberi kemudahan, maka digunakan choke untuk memberikan bensin berlebih ke silinder sehingga mesin dapat bekerja lebih awal. 4.

Busi Busi adalah suatu suku cadang yang dipasang pada mesin pembakaran dalam dengan ujung elektroda pada ruang bakar. Busi dipasang untuk membakar bensin yang telah dikompres oleh piston. Percikan busi berupa percikan elektrik. Pada bagian tengah busi terdapat elektroda yang dihubungkan dengan kabel ke koil pengapian (ignition coil) di luar busi, dan dengan ground pada bagian bawah busi, membentuk suatu celah percikan di dalam silinder. Busi tersambung ke tegangan yang besarnya ribuan Volt yang dihasilkan oleh koil pengapian (ignition coil). Tegangan listrik dari koil pengapian menghasilkan beda tegangan antara elektroda di bagian tengah busi dengan yang di bagian samping. Arus tidak dapat mengalir karena bensin dan udara yang ada di celah merupakan isolator, namun semakin besar beda tegangan, struktur gas di antara kedua elektroda tersebut berubah. Pada saat tegangan melebihi kekuatan dielektrik daripada gas yang ada, gasgas tersebut mengalami proses ionisasi dan yang tadinya bersifat insulator, berubah menjadi konduktor. Setelah itu terjadi arus elektron dapat mengakibatkan suhu di celah percikan busi naik drastis, sampai 60.000 K. Suhu yang sangat tinggi ini membuat gas yang terionisasi untuk memuai dengan cepat dan menjadi ledakan. Rata-rata panas yang dihasilkan ditentukan oleh : a. Panjang hidung insulator b. Volume gas disekitar hidung insulator

14

c. Material dan konstruksi dari pusat elektrode dan porselin insulator.

Gambar 2.7. Busi (Sumber: www.rideralam.com)

2.2 Siklus Aktual Motor Bensin Empat langkah Dalam siklus ideal masing-masing langkah dimulai dan di akhiri tepat di titik matinya (TMA & TMB), ini berarti tiap satu langkah ekivalen dengan setengah poros engkol (180° sudut engkol). Dalam siklus actual permulaan maupun akhir tiap langkah bukan pada titik matinya.

Gambar 2.8. Diagram P-V Siklus Actual

15

Gambar 2.9. Siklus Aktual 2 langkah dan 4 langkah (Sumber: Arismunandar, 2002:12) 2.2.1.

Langkah Hisap Pembukaan katup hisap pada langkah hisap dimulai sekitar 10 derajat sudut engkol sebelum piston mencapai TMA sehingga tepat ketika piston memulai langkah hisap katup masuk sudah terbuka penuh. Sedangkan penutupan dilakukan setelah pist on melewati TMB. 2.2.2.

Langkah Kompresi Langkah kompresi dimulai ketika TMB sampai piston mencapai TMA, namun kenaikan tekanan maksimum dicapai setelah melewati TMA. 2.2.3.

Langkah Ekspansi Proses pemanfaatan tenaga gas yang berlangsung pada langkah ekspansi ini dalam kenyataan lebih pendek dari idealnya, karena sudah harus barakhir sebelum piston mencapai TMB.

16

2.2.4.

Langkah Pembuangan Dalam kenyataan proses pembuangan gas hasil pembakaran berlangsung dalam dua periode. Periode pertama dimulai ketika piston masih melakukan kerja ekspansi tetapi katub buang sudah mulai dibuka, keluarnya gas pada periode ini disebabkan tekanan gas didalam silinder diakhir langkah kerja masih lebih tinggi dari tekanan diluar silinder, periode ini disebut proses blow down. Periode kedua dilakukan dengan dorongan piston yang dimulai dari TMB sampai beberapa derajat sesudah piston melewati TMA. 2.3 Bahan Bakar 2.3.1 Bahan Bakar Condensate CNG CNG (Compressed natural gas) adalah alternatif bahan bakar selain bensin atau solar. CNG dibuat dengan melakukan kompresi metana (CH4) yang diekstrak dari gas alam. CNG disimpan dan didistribusikan dalam bejana tekan, biasanya berbentuk silinder. Tabel 2.1. Komposisi Gas Alam Methane CH4 Ethane C2H6 Propane C3H8 Buthane C4H10 Carbon Dioxide CO2 Oxygen O2 Nitrogen N2 Hydrogen Sulphide H2 S Rare gases A, He, Ne, Xe

17

70%-90% 0-20% 0-8% 0-0,2% 0-5% 0-5% trace

Gambar 2.10. Proses pengolahan gas alam (Sumber: bisakimia.com) 2.3.1.1. Proses Pengolahan Gas Alam Menjadi CNG Pada produksi natural gas dimana kita harus menghilangkan kandungan H2S & air (H2O) yang terkandung di dalamnya yang sering menyebabkan korosi pada unit pengolahan gas dan juga mengurangi heating value dari natural gas tersebut. Berikut ini adalah proses dari pengolahan gas alam dari sumur pengeboran hingga menghasilkan CNG (CH4): 1. Gas/Liquid Separator (Oil, Condensate, & Water Removal) Setelah keluar dari sumur gas, proses pertama adalah pemisahan gas dengan minyak dan air yang terkandung di dalam gas. Prinsip pemisahan pada separator ini menggunakan prinsip gravitasi dimana zat (minyak dan air) yang memiliki massa paling berat akan berada pada lapisan paling bawah, sedangkan natural gas akan mengalir ke bagian atas dan masuk ke proses pengolahan berikutnya.

18

Gambar 2.11. Gas/liquid separator (Sumber: jmcampbell.com) 2. Gas Sweetening (H2S & CO2 Removal) Setelah pemisahan antara gas alam dengan minyak & air, maka langkah selanjutnya adalah pemisahan antara gas alam dengan H2S & CO2 , Hal ini dilakukan Karena H2 S mempunyai sifat asam yang bisa membuat pipa ataupun tangki menjadi korosi, sedangkan CO2 akan membuat unit pengolahan menjadi plug atau tersumbat ketika CO2 bereaksi dengan H2O yang akan membentuk asam karbonat H2CO3. Prinsip pemisahan pada gas sweetening ini adalah proses kimiawi dengan menggunakan senyawa amina (Amine System). 3. Gas Dehydration (Water Vapour Removal) Tahap berikutnya adalah pemisahan gas alam dengan uap air (H2O), pada tahap pertama (separator) terdapat proses pemisahan gas dengan liquid (minyak, condensate dan air) hanya saja pada step tersebut belum memisahkan gas alam dengan air secara sempurna sehingga gas alam yang keluar dari separator tersebut masih dalam bentuk “gas basah” yang mengandung air. Air ini harus dihilangkan karena bisa mengakibatkan korosi dan penyumbatan pada unit pengolahan. Prinsip

19

pemisahan pada gas dehydration ini pada umumnya menggunakan proses kimiawi dengan menggunakan glycol (absorption) atau menggunakan solid desiccants (adsorption). 4. Pemisahan Hydrocarbon (Extraction) Setelah zat-zat yang tidak digunakan tersebut terpisahkan, maka proses selanjutnya adalah pemisahan natural gas berdasarkan penggunaannya. Pada CNG, gas pada proses terakhir ini hanya tinggal mempunyai komposisi methane (CNG). Prinsip pemisahan hydrocarbon ini menggunakan prinsip destilasi dimana methane, ethane, propane dan butana memiliki dew point (titik kondensasi) yang berbeda-beda. 5. Kompresi Tahap terakhir pada proses pengolahan gas alam menjadi CNG adalah proses kompresi gas. Gas methane (CH4) di kompresi pada tekanan 200 bar – 248 bar. Pada proses pemisahan (extraction) sebelum proses kompresi gas alam hingga menjadi CNG. Terdapat limbah berupa condensate, dimana limbah ini masih dapat di gunakan untuk bahan bakar pada motor bakar bensin 4 langkah. Dan setelah di lakukan pengujian laboratorium maka menghasilkan data properties pada limbah condensate CNG sebagai berikut: Tabel 2.2. Properties condensate CNG Nama Properties Angka octane LHV Limbah CNG HHV Massa jenis

20

Nilai 90,2 44073,05 kJ/kg 47262 kJ/kg 716,7 kg/m3

2.3.2 Bahan Bakar Pertalite Pertalite adalah bahan bakar minyak terbaru dari Pertamina dengan RON 90. Pertalite dihasilkan dengan penambahan zat aditif dalam proses pengolahannya di kilang minyak. Pertalite diluncurkan tanggal 24 Juli 2015 sebagai varian baru bagi konsumen yang menginginkan BBM dengan kualitas di atas Premium, tetapi dengan harga yang lebih murah daripada Pertamax, bahan bakar jenis ini menjadi penengah antara Premium dan Pertamax Komposisi bahan bakar Pertalite adalah: Untuk membuat Pertalite komposisi bahannya adalah nafta yang memiliki RON 65-70, agar RON-nya menjadi RON 90 maka dicampurkan HOMC (High Octane Mogas Component), HOMC bisa juga disebut Pertamax, percampuran HOMC yang memiliki RON 92-95, selain itu juga ditambahkan zat aditif EcoSAVE. Zat aditif EcoSAVE ini bukan untuk meningkatkan RON tetapi agar mesin menjadi bertambah halus, bersih dan irit. Keterangan : 1. Nafta adalah material yang memiliki titik didih antara gasolin dan kerosin yang digunakan untuk :  Pelarut dry cleaning (pencuci)  Pelarut karet  Bahan awal etilen  Bahan bakar jet dikenal sebagai JP-4 2. HOMC yaitu merupakan produk naphtha (komponen minyak bumi) yang memiliki struktur kimia bercabang dan ring (lingkar) berangka oktan tinggi (daya bakar lebih sempurna dan instant cepat), Oktan diatas 92, bahkan ada yang 95, sampai 98 lebih. Kebanyakan merupakan hasil olah lanjut naphtha jadi ber-angka oktane tinggi atau hasil perengkahan minyak berat menjadi HOMC. Terbentuknya oktane number tinggi adalah hasil perengkahan katalitik ataupun sintesis catalityc di reaktor kimia Unit kilang RCC/FCC/RFCC atau Plat Foriming atau proses polimerisasi katalitik lainnya.

21

Tabel 2.3. Properties pertalite Nama Properties Angka octane Pertalite LHV Massa jenis

Nilai 90 - 91 47300kJ/kg 772 kg/m3

2.4 Proses Pembakaran Proses pembakaran adalah terbakarnya kombinasi kimia antara hidrogen dan karbon pada bahan bakar dengan oksigen dalam udara dengan waktu yang relatif singkat dan menghasilkan energi dalam bentuk panas. Pembakaran dalam Spark Ignition Engine (SIE) dimulai oleh adanya percikan bunga api listrik yang ditimbulkan oleh busi yang kemudian membakar campuran udara– bahan bakar yang mudah terbakar yang disuplai dan dicampur oleh karburator maupun injektor sehingga terjadi ledakan yang sangat hebat dalam ruang bakar pada motor tersebut. Kombinasi yang diperlukan untuk pembakaran adalah sebagai berikut : a. Adanya campuran udara-bahan bakar yang dapat terbakar. Pada mesin bensin, pencampuran udara-bahan bakar terjadi pada karburator. b. Pembakaran pada mesin bensin terjadi karena adanya pengapian dari loncatan bunga api listrik pada kedua elektroda busi. c. Stabilisasi dan penyebaran api dalam ruang bakar. 2.4.1

Perbandingan Udara-Bahan Bakar Didalam pembakaran, terjadi dalam batasan perbandingan udara-bahan bakar tertentu, yang disebut ”Ignition Limits”. Campuran yang kelebihan bahan bakar dinamakan campuran kaya dan campuran yang kelebihan oksigen dinamakan campuran miskin. Campuran yang mendekati homogen dari bahan bakar dan udara dipersiapkan oleh karburator. Bila campurannya lebih kaya atau lebih miskin, maka berkuranglah nilai untuk terbakar sendiri.

22

Gambar 2.12. Air Fuel Ratio (Sumber: Arismunandar, 2002:12) 2.4.2

Pembakaran Dalam SIE Ada tiga tahapan yang terjadi dalam proses pembakaran pada SIE (spark ignition engine) mulai dari awal sampai akhir pembakaran, yaitu: Tahap I : Ignition Lag (fase persiapan) yaitu membesar dan berkembangnya inti api serta merambatnya inti api tersebut dalam campuran udara–bahan bakar terkompresi dalam ruang bakar. Proses ini merupakan proses kimia yang tergantung pada tekanan dan temperatur, koefisien temperatur bahan bakar yaitu hubungan temperatur dan laju percepatan oksidasi/pembakaran.

Gambar 2.13. Diagram P – V teoritis (Sumber: Arismunandar, 2002:12)

23

Tahap II : Propagation of Flame yaitu dimana api mulai merambat dan menyebar ke seluruh ruang bakar. Proses mekanis banyak mempengaruhi proses ini. Proses ini dianggap berjalan baik apabila api dengan cepat merambat sehingga tidak ada campuran bahan bakar yang tidak terbakar. Dengan begitu akan terjadi pembakaran yang sempurna. (B – C) Tahap III : After Burning, setelah terjadi reasosiasi pada proses pembakaran maka berikutnya akan terjadi diasosiasi ada gas-gas hasil pembakaran. Setelah titik C 2.5. Perhitungan Laju Aliran Massa Laju aliran massa sebuah pada suatu mesin diperlukan untuk mengetahui unjuk kerja (performance) suatu mesin. Laju aliran massa di peroleh dari menghitung waktu habisnya sebuah bahan bakar berdasarkan waktu tertentu. Untuk mengetahui laju aliran massa menggunakan persamaan:

ṁ= Keterangan: - V - ρ - T - ṁ

𝑉 (𝑚𝐿) × 𝜌 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 × 3600 𝑇 (𝑠) × 1000000 : volume bahan bakar (mL) : massa jenis bahan bakar (kg/m3) : waktu konsumsi bahan bakar pada V tertentu (s) : laju aliran massa (kg/jam)

2.6. Unjuk Kerja 2.6.1. Performance Mesin Performance atau unjuk kerja suatu mesin tergantung pada energi yang dihasilkan dari campuran bahan bakar yang diterima oleh mesin serta efisiensi termal dari mesin tersebut (kemampuan mesin untuk mengubah energi dari campuran bahan bakar menjadi kerja output dari mesin). Dari kondisi diatas menunjukkan ada dua

24

metode umum untuk meningkatkan performance atau unjuk kerja dari suatu mesin, yaitu : 1. Meningkatkan energi input Meningkatkan energi input dari bahan bakar ini dapat dilakukan dengan cara memperbesar pasokan bahan bakar dengan udara yang masuk kedalam ruang bakar, menggunakan bahan bakar yang mempunyai nilai kalor yang lebih tinggi atau dengan menambahkan zat aditif ke dalam bahan bakar sehingga proses pembakaran yang terjadi lebih sempurna. 2. Meningkatkan efisiensi thermal dari mesin (ηth) Efisiensi thermal dari mesin adalah perbandingan antara daya mesin yang dihasilkan dengan energi yang dibangkitkan dari campuran bahan bakar. Meningkatkan efisiensi thermal dari mesin pada mesin otto dapat dilakukan antara lain dengan cara menaikkan rasio kompresi. 2.6.2. Daya Pada motor bakar torak, daya yang berguna ialah daya yang terjadi pada poros. Karena poros itulah yang menggerakkan beban motor. Daya poros itu sendiri dibangkitkan oleh daya indicator yang merupakan daya hasil pembakaran yang menggerakkan piston. Sebagian besar daya indikator yang dihasilkan dari hasil pembakaran bahan bakar di gunakan untuk mengatasi gerak mekanik pada peralatan mesin itu sendiri, misalnya kerugian karena gesekan antara diding silinder dengan ring piston, poros dengan bantalan. Disamping itu pula daya indicator ini juga harus menggerkkan berbagai peralatan tambahan seperti pompa pelumas, pompa air pendingin atau pompa bahan bakar dan generator listrik, sehingga daya poros yang dihasilkan dari proses pembakaran didapatkan dari persamaan: Ne = Ni – (Ng + Na) Keterangan: Ne

= daya proses atau daya effektif (watt)

25

Ni Ng Na

= daya indikator (watt) = daya gesek (watt) = daya aksesori (watt)

Untuk mengetahui daya poros diperlukan beberapa peralatan laboratorium dibutuhkan dinamometer untuk mengukur momen puter dan tachometer untuk mengukur kecepatan putaran poros engkol kemudian daya poros dihitung dengan persamaan :

Ne 

Ng

 g kopling

Keterangan: Ne (BHP) Ng g kopling

= daya poros mesin (watt) = daya generator (V.I cos Ɵ) (watt) = effisiensi generator = effisiensi kopling

Dari persamaan diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa (Na+Ng) harus dibuat sekecil mungkin agar Ne yang diperoleh dapat sebesar mungkin. 2.6.3. Torsi ( T ) Poros yang bergerak dengan kecepatan tertentu, akan menghasilkan momen torsi atau momen puntir, waktu berputarnya dan torsi sendiri adalah kemampuan mesin untuk menghasilkan kerja:

Keterangan:

2. .n 60

T

BHP

(

rad ) sec



ω

=

T BHP

= Torsi ( N.m) = Daya poros (daya effektif) (watt)

26

n

= Kecepatan putaran mesin (rpm)

2.6.4. Tekanan Efektif Rata – Rata (BMEP) Tekanan efektif rata-rata pengamat dari motor, (Break Mean Effective Pressure) didefinisikan sebagai tekanan efektif rata-rata teoritis yang bekerja sepanjang volume langkah piston sehingga menghasilkan daya yang besarnya sama dengan daya efektif pengamatan.

BHP  BMEP.Vsil .a.n.z BMEP = Dimana : BMEP BHP n a Vsil Z

BHP Vsil .a.n.z

= Tekanan efektif rata-rata = Daya poros = Putaran mesin = 1 siklus (motor 2-langkah) 0,5 siklus (motor 4-langkah) = Volume silinder = 1 silinder

(kPa) (watt) (rpm) (m3)

2.6.5. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (BSFC) Bsfc (Brake Specific Fuel Consumption) adalah banyak bahan bakar yang dibutuhkan oleh mesin untuk menghasilkan 1 HP selama 1 jam. Apabila dalam pengujian diperoleh data mengenai penggunaan bahan bakar, ṁ (kg / jam) dan daya yang dihasilkan sebesar BHP (watt), maka besarnya pemakaian bahan bakar spesifik adalah : 

m BSFC = BHP

27

Keterangan: BSFC

= Pemakaian bahan bakar spesifik (

BHP

= Daya poros

ṁ

= massa bahan bakar per waktu (

kg ) watt.jam

(watt) kg ) jam

2.6.6. Efisiensi Termis ( ηth ) Efisiensi thermis adalah prosentase yang menyatakan besarnya pemanfaatan panas dari bahan bakar untuk dirubah menjadi daya efektif oleh motor pembakaran dalam. Secara teoritis dituliskan dalam persamaan : 𝐵𝐻𝑃 ( 𝜂𝑡ℎ =

𝑘𝐽 ) 𝑗𝑎𝑚

𝑘𝑔 𝑘𝐽 𝑚̇ ( ) 𝑥 𝐿𝐻𝑉 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑘𝑔

28

𝑥 100 %

BAB III METODE PENELITIAN Dalam pendahulan telah disebutkan bahwa tujuan ini adalah membandingkan unjuk kerja mesin bensin 4 langkah 1 silinder dengan bahan bakar pertalite dan condensate CNG, dengan menggunakan mesin bensin Loncin 3500-A generator set 4 langkah 1 silinder. Penelitian dilakukan di Laboratorium Motor Pembakaran Dalam Program Studi D3 Jurusan Teknik Mesin ITS. Metode yang akan digunakan dalam pengujian adalah dengan menggunakan pengujian kecepatan konstan (constant speed test). Pengujian dilakukan dengan menaikkan putaran mesin hingga mesin mencapai putaran tertentu kemudian generator dinyalakan dan diberikan pembebanan lampu. Kemudian diukur tegangan dan arus output dari generator kemudian mengukur waktu konsumsi 40ml bahan bakar. 3.1 Skema Peralatan Bahan bakar 40 mL

Engine

1.2 GE Generator

Beban lampu

Gambar 3.1 Skema peralatan pengujian

3.2 Peralatan Penelitian Pada penelitian yang dilakukan, peralatan uji yang dipergunakan adalah sebagai berikut : 29

1. Mesin Bensin 4 langkah dengan spesifikasi:

Gambar 3.2 Mesin Bensin Loncin 3500-A -

Merek Type Model Kapasitas

: Loncin : 3500-A : 1 Silinder 4 langkah : 196 cc

3.3 Alat Ukur Alat ukur yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Buret ukur konsumsi bahan bakar

Gambar 3.3 Buret -

Merk : Pyrex Kapasitas : 25 mL Akurasi : 0.050 mL 30

2. Ampermeter

Gambar 3.4 Heles amperemeter -

Merk Tipe Range

: Heles : CR-45 : 0 – 10 A

3. Voltmeter

Gambar 3.5. Heles voltmeter -

Merk Tipe Range

: Heles : CR-45 : 0 – 300 V 31

4. Digital photo laser tachometer

Gambar 3.6 Krisbow tachometer -

Merk Baterai Display Jarak deteksi Contact test range Non-contact test range Akurasi

: Krisbow : 9 volt : Digital : 50 – 550 mm : 2 – 20000 rpm : 2 – 99999 rpm : ± (0,05% + 1)

5. Stop watch

Gambar 3.7 Casio stopwatch -

Merk Tipe Akurasi

: Casio : HS-3 : 0.01 detik 32

6. Beban lampu

Gambar 3.8 Beban lampu Beban lampu terdiri atas lampu pijar sebanyak 18 buah dengan konsumsi daya masing-masing lampu sebesar 100 watt. Lampu-lampu tersebut disusun secara parallel dengan masing-masing lampu dilengkapi dengan tombol stop/kontak untuk pengaturan beban. 3.4 Perencanaan Penelitian Setelah mesin genset terpasang baik pada dudukannya, dilakukan persiapan pengujian: 1. Pemeriksaan instalasi percobaan. 2. Pemeriksaan minyak pelumas. 3. Pemeriksaan sistem bahan bakar. 4. Pemeriksaan lampu beban (memastikan lampu dalam kondisi baik). 5. Pemeriksaan alat ukur Buret untuk mengukur konsumsi bahan bakar per 40 cc. Voltmeter untuk mengukur tegangan. Amperemeter untuk mengukur arus. Digital photo laser tachometer untuk mengukur putaran mesin. 33

6. Hidupkan mesin dan lakukan pemanasan mesin selama 5 menit. 3.5 Pengujian Tahapan pengujian adalah sebagai berikut 1. Lakukan pengujian awal dengan pemberian beban pada mesin genset dengan cara menyalakan 1 buah lampu (100 watt). 2. Lakukan pemeriksaan putaran mesin dengan tachometer. Jika putaran mesin turun naikkan hingga 3000 rpm (± 50 rpm). 3. Lakukan pengukuran konsumsi bahan bakar dengan cara menghitung (dengan stopwatch) waktu yang diperlukan mesin genset untuk menghabiskan 40 mL bahan bakar. Catat waktu konsumsi 40 mL bahan bakar. 4. Lakukan pengukuran dan pencatatan tegangan (volt) output genset. 5. Lakukan pengukuran dan pencatatan arus (ampere) output genset. 6. Tambahkan beban lampu yang dilakukan dengan menaikkan beban dari 100 watt hingga beban maksimum, yang ditandai dengan putaran mesin yang tidak stabil / tidak kuat. 7. Lakukan langkah 2 hingga langkah 6 untuk putaran mesin 3200 rpm. Setelah pengujian selesai, kurangi beban satu persatu dan turunkan putaran mesin setelah itu matikan mesin.

34

3.6 Diagram Alir Penelitian Start

Pemasangan alat uji Pemasangan alat ukur Pengaturan throttle untuk mengatur putaran mesin pada 3000 rpm dan 3200 rpm

Pembebanan awal 100 watt

Pencatatan arus listrik (I) dan voltase (V)

Pencatatatan waktu konsumsi bahan bakar sebanyak 40 mL

Pembebanan maksimal hingga putaran mesin tidak stabil / mesin tidak kuat

Waktu konsumsi 40 mL bahan bakar Arus listrik dan voltase

End 35

Tabel 3.1 Parameter Pengujian Parameter Input Parameter Parameter Tetap Berubah Bahan bakar Pembebanan Pertalite dan genset mulai condensate 100 watt CNG. hingga pembebanan Spesifikasi maksimum, engine ditandai standar. dengan putaran Kondisi mesin yang putaran tidak stabil / mesin tetap tidak kuat. 3000 rpm dan 3200 rpm.

Parameter Output Pengukuran Perhitungan V dan I

Ne

Waktu konsumsi 40 mL bahan bakar

BMEP BSFC Effisiensi thermal Torsi

36

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Penelitian Setelah melakukan serangkaian pengujian unjuk kerja mesin genset menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite dengan beban mesin yang digunakan bervariasi yaitu 0 sampai 18 lampu dengan putaran konstan pada 3000 rpm dan 3200 rpm terhadap beban @ lampu dengan beban 100 Watt, maka data yang dapat diketahui yaitu Torsi, BHP, BMEP, BSFC, dan Efisiensi. 4.2 Perhitungan Untuk mempermudah analisa dan pengambilan kesimpulan dilakukan perhitungan–perhitungan data hasil pengujian yang ditampilkan dalam bentuk tabel dan grafik. Beberapa data yang diperlukan untuk melakukan analisa adalah sebagai berikut : 1. Data engine : a. Jumlah silinder :1 b. Volume langkah : 196 cm3 2. Data bahan bakar : a. Pertalite : -

Lower Heating Value, LHV

: 47300

-

ρ bahan bakar

: 772

kJ kg

kg m3

b. Condensate CNG : -

Lower Heating Value, LHV

: 44073.05

-

ρ bahan bakar

: 716,7

37

kg m3

kJ kg

4.3 Analisa Hasil Pengujian Genset Menggunakan Bahan Bakar Pertalite dan Condensate CNG Pengujian unjuk kerja genset mesin menggunakan bahan bakar Pertalite yang sudah dilakukan, memberikan suatu hasil performa mesin dengan metode konstan speed. Data Pengukuran untuk mendapatkan mass flow rate dari pengujian adalah dengan menghitung waktu yang di butuhkan oleh bahan bakar untuk menghabiskan 40 mL bahan bakar. Dan hal tersebut di lakukan terhadap beban 0 sampai 18 lampu pada variasi putaran 3000 rpm dan 3200 rpm. Dari hasil pengujian diperoleh data sebagai berikut : 4.3.1

Perhitungan Unjuk Kerja Mesin Genset Menggunakan Bahan Bakar Condensate CNG pada putaran 3000 rpm

Tabel 4.1. Waktu konsumsi 40 mL pada bahan bakar condesnate CNG pada putaran 3000 rpm. Waktu Lampu Arus Tegangan habis 40 (ampere) (Volt) mL (s) 276,2 1 0.6 220 2 3

1 1.4

220 220

4 5

1.8 2.2

220 220

6 7

2.6 3

220 220

8 9

3.4 3.8

220 220

10 11

4.2 4.6

220 220

12

5

220 38

270 268,3 266,8 264,2 260,6 248,1 231,7 222,1 208,4 200,8 196,1

13

5.4

220

189,9

14 15

5.8 6.2

220 220

184,3 174,3

16 17

6.6 7

220 220

171,5 166,2

18

7.4

220

159,9

a. Perhitungan Daya Generator (Ng) Contoh : Perhitungan pada beban 18 lampu kondisi 3000 rpm dengan menggunakan bahan bakar condensate CNG. Diketahui Tegangan : 220 volt Arus : 7,4 ampere Jawab

: 𝑁𝑔 = 𝑁𝑔 =

𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 × 𝐴𝑟𝑢𝑠 0,8

220 𝑣𝑜𝑙𝑡 × 7,4 𝑎𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 0,8 𝑁𝑔 = 2035 𝑤𝑎𝑡𝑡

b. Perhitungan Daya Poros (BHP) Diketahui Ng : 2035 watt Jawab

: 𝐵𝐻𝑃 = 𝐵𝐻𝑃 =

𝑁𝑔 0,88

2035 𝑤𝑎𝑡𝑡 0.88 39

𝐵𝐻𝑃 = 2312,5 𝑤𝑎𝑡𝑡 c. Perhitungan Laju Aliran Massa Bahan Bakar Diketahui: Waktu konsumsi 40 mL : 159,9 s ρ condensate CNG : 716,7 kg/m3 Jawab: ṁ=

40 × 𝜌 𝐿𝑖𝑚𝑏𝑎ℎ 𝐶𝑁𝐺 × 3600 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 40 𝑚𝐿 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 × 1000000 ṁ=

𝑘𝑔 × 3600 𝑚3 159,9 𝑠 × 1000000

40 × 716.7

ṁ = 0,645

𝑘𝑔 𝑗𝑎𝑚

d. Perhitungan BSFC Diketahui: ṁ : 0,645 kg/jam BHP : 2312,5 watt Jawab: 𝐵𝑆𝐹𝐶 =

ṁ 𝐿𝑖𝑚𝑏𝑎ℎ 𝐶𝑁𝐺 BHP

𝐵𝑆𝐹𝐶 =

0.645 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚 2312,5 watt

𝐵𝑆𝐹𝐶 = 0,0002791

40

𝑘𝑔 𝑤𝑎𝑡𝑡. 𝑗𝑎𝑚

e. Perhitungan BMEP Diketahui: BHP : 2312,5 watt V silinder : 0.000196 m3 Putaran sebenarnya : 3077 rpm

1 siklus (motor 4-langkah) 2

a

=

z

= 1 sililinder

Jawab: 𝐵𝑀𝐸𝑃 =

𝐵𝐻𝑃 × 60 V silinder × putaran sebenarnya × a × z

𝐵𝑀𝐸𝑃 =

2312,5 𝑤𝑎𝑡𝑡 × 60 0.000196 𝑚3 × 3077 rpm × 0.5 × 1 𝐵𝑀𝐸𝑃 = 460128,803 𝑃𝑎 𝐵𝑀𝐸𝑃 = 460,128 𝑘𝑃𝑎

f. Perhitungan Torsi Motor Diketahui: BHP : 2312,5 watt Putaran sebenarnya : 3077 rpm Jawab: 𝑇𝑜𝑟𝑠𝑖 =

𝐵𝐻𝑃 (𝑤𝑎𝑡𝑡) × 60 44 × 𝑃𝑢𝑡𝑎𝑟𝑎𝑛 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟𝑛𝑦𝑎 (𝑟𝑝𝑚) 7 2312,5 𝑤𝑎𝑡𝑡 × 60 44 × 3077 𝑟𝑝𝑚 7 𝑇𝑜𝑟𝑠𝑖 = 7,173 Nm

𝑇𝑜𝑟𝑠𝑖 =

41

g. Perhitungan Effisiensi Diketahui: BHP : 2312,5 watt = 8325 kJ/jam ṁ condensate CNG : 0.645 kg/jam LHV condensate CNG : 44073.05 kJ/kg

Jawab: 𝐸𝑓𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 (  ) =

𝐸𝑓𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 (  ) =

𝐵𝐻𝑃 (𝑘𝐽/𝑗𝑎𝑚) × 100 % 𝑘𝑔 𝑘𝐽 ṁ( ) × LHV ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑘𝑔

8325 (𝑘𝐽/𝑗𝑎𝑚) × 100 % 𝑘𝑔 𝑘𝐽 0.645 ( ) × 44073.05 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑘𝑔

𝐸𝑓𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 ( ) = 29.26 %

4.3.2.

Perhitungan Unjuk Kerja Genset Menggunakan Bahan Bakar Condensate CNG pada putaran 3200 rpm

Tabel 4.2. Waktu konsumsi 40 mL bahan bakar condensate CNG pada putaran 3200 rpm. Waktu Lampu Arus Tegangan habis 40 (ampere) (Volt) mL (s) 1 0.6 220 257,9 2

1

220

243,5

3 4

1.4 1.8

220 220

230,2 228,4

5 6

2.2 2.6

220 220

215,6 214,7

42

7

3

220

212,9

8 9

3.4 3.8

220 220

212,1 209,1

10 11

4.2 4.6

220 220

197,6 187,6

12 13

5 5.4

220 220

183,5 177,1

14 15

5.8 6.2

220 220

168,9 165,7

16 17

6.6 7

220 220

159,7 150

18

7.4

220

146,8

a. Perhitungan Daya Generator (Ng) Contoh : Perhitungan pada beban 18 lampu kondisi 3200 rpm dengan menggunakan bahan bakar condensate CNG. Diketahui: Tegangan : 220 volt Arus : 7,4 ampere Jawab: 𝑁𝑔 =


𝑁𝑔 =

220 𝑣 × 7 𝑎𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 0,8

𝑁𝑔 = 2035 𝑤𝑎𝑡𝑡

43

b. Perhitungan Daya Poros (BHP) Diketahui: Ng : 2035 watt Jawab


𝑁𝑔 0,88

2035 𝑤𝑎𝑡𝑡 0,88

𝐵𝐻𝑃 = 2312,5 𝑤𝑎𝑡𝑡 c. Perhitungan Laju Aliran Massa Bahan Bakar Diketahui: Waktu konsumsi 40 mL : 146,8 s ρ condensate CNG : 716.7 kg/m3 Jawab: ṁ=

40 × 𝜌 𝐿𝑖𝑚𝑏𝑎ℎ 𝐶𝑁𝐺 × 3600 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 40 𝑚𝐿 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 × 1000000 ṁ=

𝑘𝑔 × 3600 𝑚3 146,8 𝑠 × 1000000

40 × 716.7

ṁ = 0,703 d. Perhitungan BSFC Diketahui: ṁ : 0,703 kg/jam BHP: 2312,5 watt Jawab:

44


𝐵𝑆𝐹𝐶 =

ṁ 𝐿𝑖𝑚𝑏𝑎ℎ 𝐶𝑁𝐺 BHP

𝐵𝑆𝐹𝐶 =

0,703 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚 2312,5 watt

𝐵𝑆𝐹𝐶 = 0,00030403


e. Perhitungan BMEP Diketahui: BHP : 2312,5 watt V silinder : 0.000196 m3 Putaran sebenarnya : 3254 rpm


a

=

z

= 1 sililinder



𝐵𝑀𝐸𝑃 =

2312,5 𝑤𝑎𝑡𝑡 × 60 0.000196 𝑚3 × 3254 rpm × 0.5 × 1 𝐵𝑀𝐸𝑃 = 435100,284𝑃𝑎 𝐵𝑀𝐸𝑃 = 435,100 𝑘𝑃𝑎

f. Perhitungan Torsi Motor Diketahui: BHP : 2312,5 watt Putaran sebenarnya : 3254 rpm

45

Jawab: 𝑇𝑜𝑟𝑠𝑖 =



g. Perhitungan Effisiensi Diketahui: BHP : 2312,5 watt = 8325 kJ/jam ṁ condensate CNG : 0.703 kg/jam LHV condensate CNG : 44073.05 kJ/kg



𝐵𝐻𝑃 (𝑘𝐽/𝑗𝑎𝑚) × 100 % 𝑘𝑔 𝑘𝐽 ṁ( ) × LHV ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑘𝑔

8325 (𝑘𝐽/𝑗𝑎𝑚) × 100 % 𝑘𝑔 𝑘𝐽 0.703 ( ) × 44073.05 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑘𝑔

𝐸𝑓𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 ( ) = 26,87%

46

4.3.3.

Perhitungan Unjuk Kerja Genset Menggunakan Bahan Bakar Pertalite pada putaran 3000 rpm

Tabel 4.3. Waktu konsumsi 40 mL bahan bakar Pertalite pada putaran 3000 rpm. Waktu Lampu Arus Tegangan habis 40 (ampere) (Volt) mL (s) 1 0.6 220 241,2 2

1

220

240

3 4

1.4 1.8

220 220

236,5 227

5 6

2.2 2.6

220 220

216,5 209,2

7 8

3 3.4

220 220

205,5 203,2

9 10

3.8 4.2

220 220

192,2 182,8

11 12

4.6 5

220 220

180,1 178,3

13 14

5.4 5.8

220 220

173,3 165

15 16

6.2 6.6

220 220

158 153,8

17 18

7 7.4

220 220

152,1 150,9

47

a. Perhitungan Daya Generator (Ng) Contoh : Perhitungan perhitungan pada beban 18 lampu kondisi 3000 rpm dengan menggunakan bahan bakar Pertalite. Diketahui: Tegangan : 220 volt Arus : 7,4 ampere Jawab

: 𝑁𝑔 = 𝑁𝑔 =


220 𝑣 × 7,4 𝑎𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 0,8

𝑁𝑔 = 2035 𝑤𝑎𝑡𝑡 b. Perhitungan Daya Poros (BHP) Diketahui: Ng : 2035 watt Jawab


𝑁𝑔 0,88

2035 𝑤𝑎𝑡𝑡 0,88

𝐵𝐻𝑃 = 2312,5 𝑤𝑎𝑡𝑡 c. Perhitungan Laju Aliran Massa Bahan Bakar Diketahui: Waktu konsumsi 40 mL : 150,9 s ρ Pertalite : 772 kg/m3

48

Jawab: ṁ=

40 × 𝜌 𝑃𝑒𝑟𝑡𝑎𝑙𝑖𝑡𝑒 × 3600 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 40 𝑚𝐿 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 × 1000000 ṁ=

𝑘𝑔 × 3600 𝑚3 150,9 𝑠 × 1000000

40 × 772

ṁ = 0.736


d. Perhitungan BSFC Diketahui: ṁ : 0.736 kg/jam BHP: 2312,5 watt Jawab: 𝐵𝑆𝐹𝐶 = 𝐵𝑆𝐹𝐶 =

ṁ 𝑃𝑒𝑟𝑡𝑎𝑙𝑖𝑡𝑒 BHP

0.736 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚 2312,5 watt

𝐵𝑆𝐹𝐶 = 0.000318 e. Perhitungan BMEP Diketahui: BHP V silinder Putaran sebenarnya


: 2312,5 watt : 0.000196 m3 : 2932 rpm


a

=

z

= 1 sililinder 49



𝐵𝑀𝐸𝑃 =

2312,5 𝑤𝑎𝑡𝑡 × 60 0.000196 𝑚3 × 2932 rpm × 0.5 × 1 𝐵𝑀𝐸𝑃 = 482884.149 𝑃𝑎 𝐵𝑀𝐸𝑃 = 482,884 𝑘𝑃𝑎

f. Perhitungan Torsi Motor Diketahui: BHP : 2312,5 watt Putaran sebenarnya : 2932 rpm Jawab: 𝑇𝑜𝑟𝑠𝑖 =



g. Perhitungan Effisiensi Diketahui: Ne : 2312,5 watt = 8325 kJ/jam ṁ Pertalite : 0.736 kg/jam LHV Pertalite : 47300 kJ/kg

50


𝐵𝐻𝑃 (𝑘𝐽/𝑗𝑎𝑚) × 100 % 𝑘𝑔 𝑘𝐽 ṁ( ) × LHV Pertalite ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑘𝑔


8325 (𝑘𝐽/𝑗𝑎𝑚) × 100 % 𝑘𝑔 𝑘𝐽 0.736 ( ) × 47300 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑘𝑔

𝐸𝑓𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 ( ) = 23.89% 4.3.4.

Perhitungan Unjuk Kerja Genset Menggunakan Bahan Bakar Pertalite pada putaran 3200 rpm

Tabel 4.4. Waktu konsumsi 40 mL bahan bakar Pertalite pada putaran 3200 rpm. Waktu Lampu Arus Tegangan habis 40 (ampere) (Volt) mL (s) 1 0.6 220 234 2

1

220

232

3 4

1.4 1.8

220 220

228.7 227

5 6

2.2 2.6

220 220

216.5 209.2

7 8

3 3.4

220 220

206.2 199.3

9 10

3.8 4.2

220 220

195.7 190.5

11 12

4.6 5

220 220

186 178.3

51

13

5.4

220

173.3

14 15

5.8 6.2

220 220

165.3 160

16 17

6.6 7

220 220

157.9 151.1

18

7.4

220

145.6

a. Perhitungan Daya Generator (Ng) Contoh : Perhitungan perhitungan pada beban 18 lampu kondisi 3200 rpm dengan menggunakan bahan bakar Pertalite. Diketahui: Tegangan : 220 volt Arus : 7,4 ampere Jawab: 𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 × 𝐴𝑟𝑢𝑠 𝑁𝑔 = 0,8 𝑁𝑔 =

220 𝑣 × 5.8 𝑎𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 0,8

𝑁𝑔 = 2035 𝑤𝑎𝑡𝑡 b. Perhitungan Daya Poros (BHP) Diketahui: Ng : 2035 watt Jawab: 𝑁𝑔 𝐵𝐻𝑃 = 0,88 𝐵𝐻𝑃 =

1595 𝑤𝑎𝑡𝑡 0.88

𝐵𝐻𝑃 = 2312,5 𝑤𝑎𝑡𝑡 52

c. Perhitungan Laju Aliran Massa Bahan Bakar Pertalite Diketahui: Waktu konsumsi 40 mL : 145,6 s ρ Pertalite : 772 kg/m3 Jawab: ṁ=

40 × 𝜌 𝑃𝑒𝑟𝑡𝑎𝑙𝑖𝑡𝑒 × 3600 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 40 𝑚𝐿 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 × 1000000 ṁ=

𝑘𝑔 × 3600 𝑚3 145,6 𝑠 × 1000000

40 × 772

ṁ = 0,764


d. Perhitungan BSFC Diketahui: ṁ : 0.764 kg/jam BHP: 2312.5 watt Jawab: 𝐵𝑆𝐹𝐶 = 𝐵𝑆𝐹𝐶 =

ṁ Pertalite BHP

0.764 𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚 2312,5 watt

𝐵𝑆𝐹𝐶 = 0.0003301 e. Perhitungan BMEP Diketahui: BHP


: 2312,5 watt 53

V silinder Putaran sebenarnya

: 0,000196 m3 : 3193 rpm


a

=

z

= 1 sililinder



𝐵𝑀𝐸𝑃 =

2312.5 𝑤𝑎𝑡𝑡 × 60 0,000196 𝑚3 × 3193 rpm × 0.5 × 1 𝐵𝑀𝐸𝑃 = 443412,567 𝑃𝑎 𝐵𝑀𝐸𝑃 = 443,412 𝑘𝑃𝑎

f.

Perhitungan Torsi Motor Contoh : Perhitungan pada beban 14 lampu kondisi 3200 rpm dengan menggunakan bahan bakar Pertalite. Diketahui: BHP : 2312.5 watt Putaran sebenarnya : 3193 rpm Jawab: 𝑇𝑜𝑟𝑠𝑖 =

𝐵𝐻𝑃 (𝑤𝑎𝑡𝑡) × 60 44 × 𝑃𝑢𝑡𝑎𝑟𝑎𝑛 𝑠𝑒𝑏𝑒𝑛𝑎𝑟𝑛𝑦𝑎 (𝑟𝑝𝑚) 7 2312.5 𝑤𝑎𝑡𝑡 × 60 44 × 3193 𝑟𝑝𝑚 7 𝑇𝑜𝑟𝑠𝑖 = 5,381 Nm


54

g. Perhitungan Effisiensi Diketahui: BHP : 2312.5 watt = 8325 kJ/jam ṁ Pertalite : 0,764 kg/jam LHV Pertalite : 47300 kJ/kg


𝐵𝐻𝑃 (𝑘𝐽/𝑗𝑎𝑚) × 100 % 𝑘𝑔 𝑘𝐽 ṁ( ) × LHV Pertalite ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑘𝑔


8325 (𝑘𝐽/𝑗𝑎𝑚) × 100 % 𝑘𝑔 𝑘𝐽 0,764 ( ) × 47300 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑘𝑔

𝐸𝑓𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 (  ) = 23.05% %

55

4.3.5

Data Hasil Perhitungan Genset Menggunakan Bahan Bakar Pertalite

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan unjuk kerja Genset dengan bahan bakar Pertalite pada putaran 3000 rpm Lampu Daya BHP BSFC BMEP Torsi Effisiensi Generator (watt) (kg/jam) (kPa) (Nm) (%) (watt) 165 187.5 0,002458 39,421 0,61 3.10 1 275 312.5 0,001482 66,202 1,03 5.13 2 385 437.5 0,001074 93,038 1,45 7.08 3 495 562.5 0,000870 118,713 1,85 8.74 4 605 687.5 0,000746 143,462 2,24 10.19 5 715 812.5 0,000654 168,284 2,62 11.64 6 825 937.5 0,000577 198,746 3,10 13.19 7 935 1062.5 0,000514 218,292 3,40 14.78 8 1045 1187.5 0,000487 244,794 3,82 15.63 9 1155 1312.5 0,000463 271,019 4,23 16.43 10 1265 1437.5 0,000429 294,644 4,59 17.72 11 1375 1562.5 0,000399 328,513 5,12 19.07 12 1485 1687.5 0,000380 352,374 5,49 20.02 13 1595 1812.5 0,000371 377,318 5,88 20.47 14 1705 1937.5 0,000363 409,184 6,38 20.96 15 1815 2062.5 0,000350 430,827 6,72 21.72 16 1925 2187.5 0,000334 449,726 7,01 22.78 17 2035 2312.5 0,000318 482,884 7,53 23.89 18

56

Tabel 4.6 Data hasil perhitungan unjuk kerja Genset dengan bahan bakar Pertalite pada putaran 3200 rpm Lampu

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Daya Generator (watt) 165 275 385 495 605 715 825 935 1045 1155 1265 1375 1485 1595 1705 1815 1925 2035

BHP (watt)

BSFC (kg/jam)

BMEP (kPa)

Torsi Effisiensi (Nm) (%)

187.5 312.5 437.5 562.5 687.5 812.5 937.5 1062.5 1187.5 1312.5 1437.5 1562.5 1687.5 1812.5 1937.5 2062.5 2187.5 2312.5

0,002534 0,001533 0,001111 0,000871 0,000747 0,000654 0,000575 0,000525 0,000478 0,000445 0,000416 0,000399 0,000380 0,000371 0,000359 0,000341 0,000336 0,000330

36,099 61,678 86,966 107,958 132,781 155,940 178,420 201,209 226,987 250,489 275,548 299,041 322,561 345,161 369,080 395,599 419,838 443,412

0,56 0,96 1,36 1,68 2,07 2,43 2,78 3,14 3,54 3,91 4,30 4,66 5,03 5,38 5,75 6,17 6,55 6,91

57

3.00 4.96 6.85 8.74 10.19 11.64 13.23 14.50 15.91 17.12 18.31 19.07 20.02 20.51 21.22 22.30 22.63 23.05

4.3.6

Data Hasil Perhitungan Genset Menggunakan Bahan Bakar Condensate CNG

Tabel 4.7 Data hasil perhitungan unjuk kerja Genset dengan bahan bakar condensate CNG pada putaran 3000 rpm Lampu Daya BHP BSFC BMEP Torsi Effisiensi Generator (watt) (kg/jam) (kPa) (Nm) (%) (watt) 1 165 187.5 0,001993 38,522 0,600 4.10 2 275 312.5 0,001223 61,958 0,965 6.68 3 385 437.5 0,000879 88,606 1,381 9.29 4 495 562.5 0,000688 112,288 1,750 11.88 5 605 687.5 0,000568 139,330 2,172 14.38 6 715 812.5 0,000487 165,982 2,587 16.76 7 825 937.5 0,000444 191,262 2,981 18.41 8 935 1062.5 0,000419 211,548 3,298 19.48 9 1045 1187.5 0,000391 241,782 3,769 20.87 10 1155 1312.5 0,000377 266,878 4,160 21.65 11 1265 1437.5 0,000358 287,052 4,475 22.85 12 1375 1562.5 0,000337 311,911 4,862 24.25 13 1485 1687.5 0,000322 338,187 5,272 25.36 14 1595 1812.5 0,000309 359,589 5,606 26.44 15 1705 1937.5 0,000306 392,010 6,111 26.73 16 1815 2062.5 0,000292 407,208 6,348 28.00 17 1925 2187.5 0,000284 435,823 6,794 28.77 18 2035 2312.5 0,000279 460,128 7,173 29.27

58

Tabel 4.8 Data hasil perhitungan unjuk kerja Genset dengan bahan bakar condensate CNG pada putaran 3200 Lampu

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Daya Generator (watt) 165 275 385 495 605 715 825 935 1045 1155 1265 1375 1485 1595 1705 1815 1925 2035

BHP (watt)

BSFC (kg/jam)

BMEP (kPa)

Torsi Effisiensi (Nm) (%)

187.5 312.5 437.5 562.5 687.5 812.5 937.5 1062.5 1187.5 1312.5 1437.5 1562.5 1687.5 1812.5 1937.5 2062.5 2187.5 2312.5

0,002134 0,001356 0,001024 0,000803 0,000696 0,000591 0,000517 0,000457 0,000415 0,000397 0,000382 0,000359 0,000345 0,000337 0,000321 0,000313 0,000307 0,000304

35,986 59,014 83,653 106,226 131,290 154,343 179,368 204,562 226,140 250,333 270,717 295,074 321,958 343,133 367,707 395,352 411,961 435,100

0,56 0,92 1,30 1,66 2,05 2,41 2,80 3,19 3,53 3,90 4,22 4,60 5,02 5,35 5,73 6,16 6,42 6,78

59

3,83 6,02 7,97 10,17 11,73 13,81 15,80 17,84 19,65 20,53 21,34 22,69 23,65 24,23 25,41 26,07 26,52 26,87

4.3.7

Grafik unjuk kerja mesin genset menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite

Grafik 4.1 Unjuk kerja mesin genset menggunakan bahan bakar condensate CNG pada putaran 3000 rpm

Grafik 4.2 Unjuk kerja mesin genset menggunakan bahan bakar condensate CNG pada putaran 3200 rpm

60

Grafik 4.3 Unjuk kerja mesin genset menggunakan bahan bakar Pertalite pada putaran 3000 rpm

Grafik 4.4 Unjuk kerja mesin genset menggunakan bahan bakar Pertalite pada putaran 3200 rpm 4.4 Grafik Perbandingan Dan Pembahasan Berdasarkan tabel 4.1. sampai dengan 4.4. maka dapat dibandingkan unjuk kerja genset mesin antara menggunakan bahan bakar Pertalite dengan menggunakan bahan condensate CNG, dan disajikan dalam bentuk grafik yaitu : 61

4.4.1.

Grafik Perbandingan dan Pembahasan BMEP

Grafik 4.5. Perbandingan BMEP menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite pada konstan speed 3000 rpm.

Grafik 4.6. Perbandingan BMEP menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite pada konstan speed 3200 rpm. Hasil analisis Pemakaian BMEP pada grafik perbandingan BMEP menunjukkan bahwa : • Secara rata-rata nilai BMEP mesin genset berbahan bakar Pertalite lebih baik dari pada nilai BMEP, hal ini di tunjukkan pada grafik 4.5. dan grafik 4.6.

62

• •

4.4.2.

Nilai BMEP tertinggi didapat pada bahan bakar Pertalite sebesar 482,88 kPa pada putaran 3000 rpm dengan pembebanan 1800 watt. Nilai BMEP terendah didapat pada bahan bakar condensate CNG yakni 35,99 kPa pada putaran 3200 rpm pembebanan 100 watt. Grafik Perbandingan dan Pembahasan BSFC

Grafik 4.7. Perbandingan BSFC menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite pada konstan speed 3000 rpm.

Grafik 4.8. Perbandingan BSFC menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite pada konstan speed 3200 rpm. 63

Hasil analisis pemakaian bahan bakar spesifik (BSFC) pada grafik perbandingan BSFC menunjukkan bahwa : • Nilai BSFC pada mesin genset bernahan bakar Pertalite lebih tinggi dibandingkan menggunakan bahan bakar condensate CNG, karena laju aliran massa bahan bakar condensate CNG lebih rendah dibanding dengan Pertalite. Karena ρ condensate CNG: 716,7 kg/m3 dan ρ Pertalite : 772 kg/m3. • Nilai BSFC terbesar didapat pada bahan bakar Pertalite sebesar 0,002534 kg/watt.jam pada putaran 3200 rpm dengan pembebanan 100 watt. • Nilai BSFC terendah didapat pada bahan bakar condensate CNG yakni 0,000279 kg/watt.jam pada putaran 3000 rpm pembebanan 1800 watt. • Dari analisa menunjukkan nilai BSFC lebih rendah jika digunakan pada kondisi beban 1800 watt menggunakan bahan bakar condensate CNG dan paling tinggi jika digunakan pada kondisi beban 100 watt menggunakan bahan bakar Pertalite. 4.4.3.

Grafik Perbandingan dan Pembahasan Torsi

Grafik 4.9. Perbandingan Torsi menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite pada konstan speed 3000 rpm.

64

Grafik 4.10. Perbandingan Torsi menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite pada konstan speed 3200 rpm. Hasil analisis torsi pada grafik perbandingan torsi menunjukkan bahwa:  Nilai torsi pada kedua bahan bakar memiliki perbedaan yang tidak terlalu jauh, baik menggunakan bahan bakar condensate CNG maupun Pertalite.  Nilai torsi terendah didapat pada bahan bakar condensate CNG sebesar 0,56 Nm pada putaran 3200 rpm dengan beban 100 watt.  Dari analisa nilai torsi tertinggi didapat pada bahan bakar Pertalite sebesar 7,53 Nm pada putaran 3000 rpm dengan beban 1800 watt.  Secara keseluruhan nilai torsi Pertalite lebih besar daripada condensate CNG.

65

4.4.4.

Grafik Perbandingan dan Pembahasan Effisiensi

Grafik 4.11. Perbandingan Efisiensi menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite pada konstan speed 3000 rpm.

Grafik 4.12. Perbandingan Efisiensi menggunakan bahan bakar condensate CNG dan Pertalite pada konstan speed 3200 rpm.



Hasil analisis efisiensi thermis ( th ) pada grafik perbandingan effisiensi menunjukkan bahwa :  Semakin tinggi putaran mesin, nilai effisiensi bahan bakar condensate CNG lebih besar daripada menggunakan bahan bakar Pertalite.

66

  



Nilai efisiensi terbesar didapat pada bahan bakar condensate CNG sebesar 29,27 %. pada putaran 3000 rpm dengan beban 1800 watt. Nilai efisiensi terendah didapat pada bahan bakar Pertalite 3,0 % pada putaran 3200 rpm dengan beban 100 watt. Dari analisa menunjukkan pada semua penggunaan kedua bahan bakar, nilai efisiensi paling rendah jika digunakan pada kondisi beban 1 menggunakan bahan bakar pertalite dan paling tinggi jika digunakan pada kondisi beban 18 menggunakan bahan bakar condensate CNG. Efisiensi condensate CNG lebih tinggi karena nilai LHV condensate CNG = 44073,05 kJ/kg. Sedangkan nilai LHV Pertalite = 47300 kJ/kg. Jumlah suplai bahan bakar condensate CNG juga berpengaruh terhadap effisiensi.

67

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

68

BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan Dari hasil perhitungan dan pembahasan yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Mesin genset berbahan bakar condensate CNG memiliki nilai BMEP 460,12 kPa, sedangkan mesin genset berbahan bakar Pertalite memiliki nilai BMEP 482,88 kPa. Sehingga mesin genset berbahan bakar condensate CNG memiliki nilai BMEP lebih tinggi 22,1% dibandingkan mesin genset berbahan bakar Pertalite. 2. Mesin genset berbahan bakar condensate CNG memiliki nilai BSFC 0,000279 kg/watt.jam, sedangkan mesin genset berbahan bakar Pertalite memiliki nilai BSFC 0,0003185 kg/watt.jam. Sehingga mesin genset berbahan bakar condensate CNG memiliki nilai BSFC lebih rendah 39% dibandingkan mesin genset berbahan bakar Pertalite. 3. Mesin genset berbahan bakar condensate CNG memiliki nilai Torsi 7,17 Nm, sedangkan mesin genset berbahan bakar Pertalite memiliki nilai Torsi 7,53 Nm. Sehingga mesin genset berbahan bakar condensate CNG memiliki nilai Torsi lebih rendah 0,36% dibandingkan mesin genset berbahan bakar Pertalite. 4. Mesin genset berbahan bakar condensate CNG memiliki Efisiensi 29,27%, sedangkan mesin genset berbahan bakar Pertalite memiliki Efisiensi 23,89%. Sehingga mesin genset berbahan bakar condensate CNG memiliki Efisiensi lebih tinggi 5,38% dibandingkan mesin genset berbahan bakar Pertalite.

69

5.2. Saran 1. Perlu adanya penelitian tentang zat yang terkandung pada condensate CNG. 2. Perlu adanya pengujian mengenai gas sisa pembuangan hasil pembakaran mesin dengan menggunakan bahan bakar condensate CNG.

70

DAFTAR PUSTAKA Arismunandar, Wiranto. 2002. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. Bandung : Institut Teknologi Bandung. Edi, Sigar, Buku Pintar Otomotif, Penerbit Pustaka Dela Pratasa, Jakarta, 1998. Heywod, Jhon, B.1988. “Internal Combustion Engine Fundamentals”. McGraw Hill Book Company, New York. Licthy, L.C, Internal Combustion Engine, Mc Graw Hill Kogakusfa Ltd, Tokyo, 1979, h 523-560. Maleev, V.L, Internal Combustion Engine, Mc Graw Hill Kogakusha Ltd, Tokyo, 1954, h 410-559. Mathur R.P Sharma, 1980, A Course Internal Combustion Engine 3rd Edition, Phanpat Rai & Son 1682, NAISARAK< Delhi 110006 http://www.afsglobal.com/faq/gas-comparisons.html http://www.insinyoer.com/proses-pengolahan-natural-gas/ http://id.wikipedia.org/ http://www.pertamina.com/

BIODATA PENULIS Penulis dilahirkan di Surabaya, 1 Juli 1995, merupakan anak pertama dari dua bersaudara. Penulis telah menempuh pendidikan formal yaitu, SD Negeri Kertajaya XII Surabaya, SMP Negeri 19 Surabaya, dan SMA Negeri 4 Surabaya. Pada tahun 2013 Penulis diterima di Jurusan D3 Teknik Mesin FTI – ITS dan terdaftar sebagai mahasiswa dengan NRP 2113030061. Konversi Energi merupakan bidang studi yang dipilih penulis. Selama duduk di bangku kuliah penulis aktif mengikuti kegiatan baik di bidang akademik maupun non akademik. Penulis juga pernah mengikuti berbagai kegiatan dan bergabung dalam organisasi untuk menunjang softskill. Penulis aktif di organisasi kampus dalam bidang Bengkel dan merupaka salah satu staff ahli di BSO Bengkel HMDM (2015). Kegiatan yang pernah diikutinya antara lain: Organizer Committee (OC) Gerigi ITS 2014, Pembicara Pelatihan Motor Bakar (PMB) 2015. Pelatihan yang pernah diikuti penulis : Pelatihan LKMM Pra TD di Fakultas Teknik Industri ITS (2013), Pelatihan LKMM TD di D3 Teknik Mesin FTI ITS (2014), Pelatihan Motor Bakar (PMB) (2013).

Lampiran 1

Lampiran 2

Lampiran 3

PERBANDINGAN UNJUK KERJA MOTOR BENSIN EMPAT LANGKAH SATU SILINDER YANG MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR CONDENSATE CNG DAN PERTALITE

Recommend Documents