ANALISA PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR POLIPROPILENA CAIR DAN SOLAR AKRA SOL (AKR) DENGAN PENAMBAHAN ALAT SUPERCHARGER
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Oleh: EDGAR SIHOTANG (110401131)
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
Universitas Sumatera Utara
ANALISA PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR POLIPROPILENA CAIR DAN SOLAR AKRA SOL (AKR) DENGAN PENAMBAHAN ALAT SUPERCHARGER
EDGAR SIHOTANG NIM : 110401131
Telah Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing
Ir. Tekad Sitepu, MT NIP.1952 1222 1978 031002
Dosen Penguji I
Dosen Penguji II
Ir. A. Halim Nasution, MSc. NIP. 1954 0320 1981 022001
Ir. Alfian Hamsi, MSc. NIP. 1956 0910 1987 011001
Diketahui oleh: Departemen Teknik Mesin Ketua,
Universitas Sumatera Utara
ANALISA PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR POLIPROPILENA CAIR DAN SOLAR AKRA SOL (AKR) DENGAN PENAMBAHAN ALAT SUPERCHARGER
EDGAR SIHOTANG NIM 110401131
Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi Periode Ke 851 Tanggal 25 April 2016
Dosen Pembimbing Disetujui oleh:
Ir. Tekad Sitepu, MT NIP. 1952 1222 1978 031002
Universitas Sumatera Utara
ANALISA PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR POLIPROPILENA CAIR DAN SOLAR AKRA SOL (AKR) DENGAN PENAMBAHAN ALAT SUPERCHARGER
EDGAR SIHOTANG NIM 110401131
Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi Periode Ke 851 Tanggal 25 April 2016
Disetujui oleh:
Dosen Penguji I
Ir. A. Halim Nasution, MSc. NIP. 1954 0320 1981 022001
Dosen Penguji II
Ir. Alfian Hamsi, MSc. NIP. 1956 0910 1987 011001
Universitas Sumatera Utara
ANALISA PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR POLIPROPILENA CAIR DAN SOLAR AKRA SOL (AKR) DENGAN PENAMBAHAN ALAT SUPERCHARGER
EDGAR SIHOTANG NIM : 110401131
Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing,
Ir. Tekad Sitepu, MT NIP. 1952 1222 197031002
Universitas Sumatera Utara
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
AGENDA
: 2307 /TS/2016
FAKULTAS TEKNIK USU
DITERIMA TGL: 12 / 01 /2016
MEDAN
PARAF
:
TUGAS SARJANA NAMA
:
IJIN S TUMANGGER
NIM
:
110401026
MATA KULIAH
:
MOTOR BAKAR
SPESIFIKASI
:
Lakukan pengujian performansi mesin Diesel Small Engine Test Bed TD111MKII
dengan
menggunakan
variasi
campuran bahan bakar Polipropilena cair 5%, 10%, 15% dan 20% dengan bahan bakar solar Akra Sol ( AKR ), Variasi putaran mesin: 1800 rpm, 2000 rpm, 2200 rpm, 2400 rpm, 2600 rpm, 2800 rpm pada beban : 3.5 kg, 4.5 kg dengan penambahan alat supercharger DIBERIKAN TANGGAL
: 12 - 01- 2016
SELESAI TANGGAL
: 12 – 04 - 2016 MEDAN, 04 APRIL 2016
KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN,
DOSEN PEMBIMBING,
Ir. Tekad Sitepu, MT NIP. 195212221978031002
Universitas Sumatera Utara
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN
KARTU BIMBINGAN
TUGAS SARJANA MAHASISWA NO : 2307 /TS/2016 Sub. Program studi
:
Konversi Energi
Bidang Tugas
: Motor Bakar
Judul tugas
: Analisa performansi mesin diesel menggunakan variasi campuran bahan bakar Polipropilena cair dan solar akra sol (AKR) dengan penambahan alat supercharger
Diberikan tanggal Dosen Pembimbing
: 12 -01- 2016 : Ir. Tekad Sitepu, MT
Selesai tanggal : 12-04-2016 Nama Mhs : Edgar Sihotang NIM : 110401131 Tanda Tangan Dosen Pembimbing
No
Tanggal
Kegiatan Asistensi Bimbingan
1.
12-01-2016
Meminta Spesifikasi Tugas
2.
19-01-2016
Studi Literatur dan Pencarian Referensi
3.
27-01-2016
Pengadaan Bahan Bakar Minyak Plastik
4.
04-02-2016
Memperbaiki alat uji
5.
09-02-2016
Pemasangan Alat dan Pengujian I
6. 7.
15-02-2016 23-02-2016
Pemasangan Alat dan Pengujian II Pemasangan Alat dan Pengujian III
8.
02-03-2016
Asistensi Laporan Bab I dan II
9.
08-03-2016
Asistensi Laporan Bab III
10.
15-03-2016
Asistensi Laporan Bab IV
11
21-03-2016
Asistensi keseluruhan
12
29-03-2016
Perbaikan
13 30-03-2016 Catatan :
ACC Seminar
1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Dosen Pembimbing setiap asistensi. Mesin 2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi. 3. Kartu ini harus dikembalikan ke Departemen, bila kegiatan asistensi telah selesai.
Diketahui, Departemen Teknk Ketua,
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena hanya atas berkat dan karunia-Nya penulis dapat mengerjakan dan menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “analisa performansi mesin diesel menggunakan variasi campuran bahan bakar polipropilena cair dan solar akra sol dengan penambahan alat supercharger” Penulis berterima kasih kepada banyak pihak yang telah banyak membantu penulis di berbagai hal dalam proses penyusunan skripsi ini. Oleh sebab itu, penulis menyampaikan terima kasih kepada: 1. Orang tua penulis, Ayahanda R. Sihotang dan Ibunda L. Pardede atas segala pengorbanan yang tiada terbalaskan di dalam membesarkan, menyekolahkan saya hingga ke jenjang perguruan tinggi. 2. Bapak Ir.Tekad Sitepu, MT selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis selama penyusunan skripsi ini. 3. Bapak Ir.Abdul Halim Nasution, M.Sc selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis selama revisi skripsi ini. 4. Bapak Ir.Alfian Hamsi Siregar, M.Sc selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis selama revisi skripsi ini. 5. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 6. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera.
Universitas Sumatera Utara
7. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin di Universitas Sumatera Utara, yang telah banyak membantu penulis dan memberikan bimbingan selama perkuliahan. 8. Rekan satu tim skripsi yaitu Ijin S Tumangger yang selalu menyemangati penulis dengan sabar. 9. Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara terkhusus stambuk 2011 yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih memiliki berbagai kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak. Penulis juga mengharapkan skripsi ini dapat menjadi tambahan pengetahuan bagi pembaca dan bermanfaat untuk kita semua. Terimakasih.
Medan, Penulis
Edgar Sihotang
Universitas Sumatera Utara
Abstrak Populasi penduduk di dunia terus meningkat sehingga kebutuhan bahan bakar fosil juga meningkat . Hal inilah yang mengharuskan kita untuk mencari sumbersumber lain diluar minyak dan gas bumi atau yang dapat dikatakan bahan bakar alternatif. Bahan bakar alternatif ini dapat diperoleh dari plastik bekas kemasan gelas (PBKG) jenis polipropilena (PP). Kebutuhan plastik nasional saat ini cukup besar dan meningkat sejalan dengan pertumbuhan penduduk. Konsumsi plastik per kapita di Indonesia, sekitar 10 kg / kapita / tahun. Salah satu cara untuk memanfaatkan limbah plastik tersebut adalah dengan memanfaatkannya menjadi bahan bakar cair dengan proses pirolisis. Dalam penelitian kali ini bahan bakar yang digunakan dari campuran minyak plastik dengan solar akra sol yang bertujuan untuk menganalisa performansi mesin diesel TD-115 serta melihat pengaruh dari panambahan supercharger. Dari riset ini diperoleh bahwa torsi, daya, laju aliran bahan bakar, efisiensi volumetris, daya aktual, efisiensi termal aktual brake, menurun akibat semakin banyak minyak plastik yang digunakan. sedangkan nilai konsumsi bahan bakar spesifik, rasio udara dengan bahan bakar, panas yang terbuang serta prensentase panas yang terbuang meningkat. Kata kunci: Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG), Polipropilena, Minyak plastik, Solar Akra Sol, Performansi Mesin Diesel, Supercharger
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT Population in the world always increases day to day so that need of fossil fuel increases too. This problem makes us to look for others sources out of fossil. That we can say alternative fuel. The alternative fuels can be found from plastic waste propilene type (PP). Now a days the national plastic needs is already big and it continues to grow by the population growth. The per capita plastic consumption in Indonesia is about 10 kg/capita/year. One of the way to reuse the plastic waste is making it to the liquid fuel by pyrolisis process. In this riset, fuel was taken from mixing of plastic oil with solar akra sol, goals to analys performance of TD – 115 diesel engine and look about influence of supercharger. The research result shows value of torque, power, mass flow rate of fuels, volumetric efficiency, actual power, thermal actual brake efficiency, decreased when used plastic fuel more. But Spesific Fuel Consumption, Air Fuel Rasio (AFR), heat loss, and presentation of heat loss increased. Key Words: Plastic Waste, Propilene, Plastic Oil, solar Akra Sol, Diesel Engine Performance, Supercharger.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR .....................................................................................................
i
ABSTRAK .......................................................................................................................
iii
ABSTRACT ......................................................................................................................
iv
DAFTAR ISI ...................................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................................
viii
DAFTAR TABEL...........................................................................................................
x
DAFTAR SIMBOL ........................................................................................................
xii
BAB I PENDAHULUAN ..............................................................................................
1
1.1. Latar Belakang .............................................................................................
1
1.2. Tujuan Pengujian..........................................................................................
3
1.3. Batasan Masalah...........................................................................................
3
1.4. Manfaat Pengujian........................................................................................
4
1.5. Metodologi Penulisan..................................................................................
4
1.6. Sistematika Penulisan ...................................................................................
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................................
6
2.1. Plastik...........................................................................................................
6
2.1.1. Pembuatan Plastik ............................................................................
6
2.1.2. Daur Ulang Plastik ...........................................................................
7
2.1.3. Plastik Jenis Propilena .....................................................................
8
2.2. Karbon Aktif ................................................................................................
9
2.3. Proses Pirolisis .............................................................................................
10
2.4. Mesin Diesel ................................................................................................
11
2.4.1. Prinsif Kerja Mesin Diesel ............................................................
13
2.4.2. Standarisasi Diesel .........................................................................
14
2.4.3. Performansi Mesin Diesel ................................................................
15
2.4.4. Supercharger ....................................................................................
20
Universitas Sumatera Utara
BAB III METODE PENELITIAN ...............................................................................
22
3.1. Waktu Dan Tempat ......................................................................................
22
3.2 Alat dan Bahan.............................................................................................
22
3.2.1. Alat ...................................................................................................
22
3.2.2. Bahan Baku ......................................................................................
25
3.2.3. Proses Pirolisis Polipropilena dari PBKG ........................................
25
3.3. Metode Pengumpulan Data .........................................................................
28
3.4. Metode Pengolahan Data .............................................................................
28
3.5. Pengamatan Dan Tahap Pengujian ..............................................................
28
3.6. Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar .............................................
28
3.7. Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel ..........................................
30
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN ........................................................
32
4.1. Hasil Uji Kelayakan Bahan Bakar Minyak Plastik ......................................
32
4.1.1. Analisis Densitas ..............................................................................
32
4.1.2. Analisit Specific Gravity Dan API Gravity ......................................
33
4.1.3. Analisis Viskositas Kinematik ........................................................
34
4.1.4. Analisis Gas Chromtogravhy Mass Svectroscovy (GCMS) ............
35
4.1.5. Hasil Pengujian Bom Kalori Meter ..................................................
36
4.2. Hasil Pengujian Engine Test Bed TD - 111 .................................................
38
4.2.1. Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar....................................
39
4.2.2. Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar + Minyak Plastik 5% ....................................................................................................
39
4.2.3. Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar+ Minyak Plastik 10% ..................................................................................................
40
4.2.4. Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar+Minyak Plastik 15% ..................................................................................................
40
4.2.5. Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar+Minyak Plastik 20% ..................................................................................................
41
4.3. Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel ................................................
43
4.3.1. Daya .................................................................................................
43
4.3.2. Laju Aliran Bahan Bakar (mf) .........................................................
46
Universitas Sumatera Utara
4.3.3. Rasio Udara Bahan Bakar ................................................................
49
4.3.4. Effisiensi Volumetris .......................................................................
52
4.3.5. Daya Aktual .....................................................................................
56
4.3.6. Effisiensi Thermal Aktual ................................................................
59
4.3.7. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ...........................................
62
4.3.8. Heat Loss..........................................................................................
64
4.3.9. % Heat Loss .....................................................................................
67
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................................
70
5.1. Kesimpulan.....................................................................................................
70
5.2. Saran ...............................................................................................................
72
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................................
xiii
LAMPIRAN .....................................................................................................................
xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Struktur Permukaan Karbon Aktif ..........................................................
9
Gambar 2.2
Diagram P-v ...........................................................................................
12
Gambar 2.3
Diagram T-S ...........................................................................................
12
Gambar 2.4
Prinsip Kerja Mesin Diesel .....................................................................
14
Gambar 2.5
Supercharger ...........................................................................................
21
Gambar 3.1
Mesin Diesel Small engine Test TD111-MKII ......................................
22
Gambar 3.2
Tec Equipment TD-114 ..........................................................................
23
Gambar 3.3
Rangkaian Peralatan Pirolisis PBKG .....................................................
24
Gambar 3.4
Supercharger ...........................................................................................
24
Gambar 3.5
Plastik Bekas Kemasan Gelas yang telah di potong kecil ......................
25
Gambar 3.6
Diagram Alir Prosedur Proses Pirolisis Polipropilena dari PBKG ........
27
Gambar 3.7
Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin ..........................................
31
Gambar 4.1
Grafik Torsi vs Putaran mesin untuk beban 3.5 kg ................................
42
Gambar 4.2
Grafik Torsi vs Putaran mesin untuk beban 4.5 kg ................................
42
Gambar 4.3
Grafik Daya vs Putaran mesin untuk beban 3.5 kg ................................
45
Gambar 4.4
Grafik Daya vs Putaran untuk beban 4.5 kg ...........................................
45
Gambar 4.5
Grafik mf vs putaran mesin untuk beban 3.5 kg ....................................
48
Gambar 4.6
Grafik mf vs putaran mesin untuk beban 4.5 kg ....................................
48
Gambar 4.7
Viscous Flow Meter ...............................................................................
49
Gambar 4.8
Grafik AFR vs putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg .......................
52
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.9
Grafik AFR vs putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg ........................
52
Gambar 4.10 Grafik effisiensi volumetrik vs putaran mesin pada beban 3.5 kg .........
55
Gambar 4.11 Grafik effisiensi volumetrik vs putaran mesin pada beban 4.5 kg .........
55
Gambar 4.12 Grafik Daya aktual vs putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg .............
58
Gambar 4.13 Grafik Daya aktual vs putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg .............
58
Gambar 4.14 Effisiensi termal aktual vs putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg .....
60
Gambar 4.15 Effisiensi Termal Aktual vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg
............................................................................................................ 60
Gambar 4.16 SFC vs Putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg ....................................
63
Gambar 4.17 SFC vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg ....................................
64
Gambar 4.18 Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg ...........................
66
Gambar 4.19 Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg ...........................
66
Gambar 4.20 Persentase Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg .........
68
Gambar 4.21 Persentase Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg .........
69
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Konsumsi Plastik Perkapita Beberapa Negara di Dunia .............................
7
Tabel 2.2 Sifat Umum Polipropilena ...........................................................................
8
Tabel 2.3 Sifat Bahan Bakar Diesel Komersial ...........................................................
15
Tabel 4.1 Hasil Analisis Densitas................................................................................
32
Tabel 4.2 Hasil Analisis Specific Gravity dan API Gravity Bahan Bakar Cair ..........
33
Tabel 4.3 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Bahan Bakar Cair .............................
34
Tabel 4.4 Komposisi GC-MS Bahan Bakar Cair Hasil Pirolisis .................................
35
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Bom Kalorimeter ..............................................................
37
Tabel 4.6
Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar ..............................................
39
Tabel 4.7 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar + Minyak Plastik 5% .............
39
Tabel 4.8 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar + Minyak Plastik 10% ..........
40
Tabel 4.9 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar + Minyak Plastik 15% ..........
41
Tabel 4.10 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar + Minyak Plastik 20% ..........
41
Tabel 4.11 Data Perhitungan Untuk Daya .....................................................................
44
Tabel 4.12 Laju Aliran Bahan Bakar .............................................................................
47
Tabel 4.13 Air Fuel Ratio...............................................................................................
51
Tabel 4.14 Effesiensi Volumetrik ..................................................................................
54
Tabel 4.15 Daya Aktual ................................................................................................
56
Tabel 4.16 Effisiensi thermal break aktual ...................................................................
61
Tabel 4.17 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik..................................................................
62
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.18 Heat Losses ..................................................................................................
65
Tabel 4.19 Persentase Heat Loss ....................................................................................
67
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL Simbol HHV
Keterangan
Satuan
Nilai kalor bahan bakar atas
KJ/K
LHV
Nilai kalor bahan bakar bawah
M
Persentase kandungan air dalam bahan bakar
H2
KJ/K
Jumlah hidrogen dalam bahan bakar
% %
Pb
Daya poros
W
T
Torsi
n
Putaran
SFC
Konsumsi bahan bakar spesifik
ṁf
Laju aliran bahan bakar
Sgf
Specific gravity
t
Waktu
h
Ƞb
efisiensi termal
%
CV
Nilai kalor bahan bakar
Heat Loss
Kehilangan panas
W
% Heat Loss
Persentase Heat Loss
%
Vf
Volume bahan bakar yang di uji
ml
AFR
Rasio udara dengan bahan bakar
ṁa
Laju aliran massa udara
CF
Faktor koreksi
Ƞv
Efisiensi volumetrik
%
Ƞm
Efisiensi mekanis
%
ρa
Kerapatan udara
Ta
Suhu udara luar
0
Te
Suhu exausht
0
Nm RPM Kg/KW.h Kg/h
KJ/kg
Kg/h
Kg/m3 C C
Universitas Sumatera Utara
