TUGAS AKHIR – TM 141585
PENGARUH PEMBERIAN INDUKSI MEDAN MAGNET PADA ALIRAN BAHAN BAKAR TERHADAP PENYERAPAN RADIASI INFRA MERAH MOLEKUL HIDROKARBON DAN UNJUK KERJA MESIN SINJAI 650 CC 2 SILINDER Anang Firmansyah NRP 2114 105 011 Dosen Pembimbing Dr. Bambang Sudarmanta, ST., MT. JURUSAN TEKNIK MESIN Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017
TUGAS AKHIR – TM141585
PENGARUH PEMBERIAN INDUKSI MEDAN MAGNET PADA ALIRAN BAHAN BAKAR TERHADAP PENYERAPAN RADIASI INFRA MERAH MOLEKUL HIDROKARBON DAN UNJUK KERJA MESIN SINJAI 650 CC 2 SILINDER (STUDI KASUS : SUMBER TEGANGAN DARI ALTERNATOR)
ANANG FIRMANSYAH NRP. 2114 105 011
Dosen Pembimbing Dr. Bambang Sudarmanta, ST., MT. JURUSAN TEKNIK MESIN Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017
FINAL PROJECT – TM141585
THE INFLUENCE OF GIVING ELECTROMAGNETIC INDUCTION TO THE FUEL FLOW TOWARDS THE INFRARED RADIATION OF HYDROCARBON MOLECULES ABSORPTION AND THE SINJAI 2 CYLINDER ENGINE 650 CC (CASE STUDY: SOURCE VOLTAGE FROM THE ALTERNATOR) ANANG FIRMANSYAH NRP. 2114 105 011
Advisor Dr. Bambang Sudarmanta, ST., MT. DEPARTEMENT OF MECHANICAL ENGINEERING Faculty of Technology Institute of Technologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017
ii
1
PENGARUH PEMBERIAN INDUKSI MEDAN MAGNET PADA ALIRAN BAHAN BAKAR TERHADAP PENYERAPAN RADIASI INFRA MERAH MOLEKUL HIDROKARBON DAN UNJUK KERJA MESIN SINJAI 650 CC 2 SILINDER (STUDI KASUS : SUMBER TEGANGAN DARI ALTERNATOR) Nama NRP Jurusan Dosen Pembimbing
: Anang Firmansyah : 2114105011 : Teknik Mesin FTI-ITS : Dr. Bambang Sudarmanta ST., MT Abstrak
Pada umumnya Molekul hidrokarbon dalam senyawa bensin akan melakukan aktifitas getaran (vibrasi) dalam arah intinya. Selain itu cenderung untuk saling tarik menarik satu sama lain, membentuk molekul-molekul yang bergerombol (clustering). Sehingga pada proses pencampuran dengan udara menyebabkan tidak bisa menjangkau molekul bahan bakar bagian dalam. Pemberian medan magnet dapat merubah molekul bahan bakar sehingga susunannya menjadi lebih teratur (de-clustering) serta proses pembakaran pada ruang bakar akan lebih baik. Metode penelitian diawali dengan proses pembuatan induksi magnet dari inti besi karbon berbentuk silinder sebanyak tiga buah yang dililiti kawat tembaga. Setelah melakukan pengujina kuat medan magnet dipilihlah satu dari ketiga magnet tersebut yang memiliki kuat medan magnet yang paling besar. Untuk bangkitan induksi medan magnet yaitu dengan sumber listrik DC yang mengikuti pembebanan serta putaran mesin. Pengujian clustering bahan bakar dilakukan menggunakan metode FTIR yaitu dengan mengukur prosentase penyerapan radiasi infra merah pada molekul bahan bakar setelah dimagnetisasi. Selanjutnya dilakukan pengujian pengaruh induksi magnet terhadap unjuk kerja mesin sinjai 2 silinder 650 cc secara variable iii
speed mulai dari 5000 sampai 2000 rpm, sedangkan untuk parameter yang diukur dan dihitung meliputi torsi, 𝑚̇ bahan bakar, 𝑚̇ udara, temperatur, dan emisi gas buang. Dari pengujian FTIR secara rata – rata terjadi perubahan prosentase intensitas transmittance pada panjang gelombang. Perubahan prosentase terbesar terjadi pada instrumen medan magnet dengan masukan tegangan maksimal sebesar 26 volt pada putaran 5000 rpm dengan kenaikan yaitu 3,28%. Sedangkan hasil penelitian unjuk kerja mesin sinjai dengan pemberian tegangan listrik sesuai dengan putaran mesin diperoleh kenaikan unjuk kerja yaitu: Torsi maksimum pada putaran 3500 rpm sebesar 42,919 Nm. Daya maksimum dengan pada putaran 4500 rpm sebesar 16,962 kW. Tekanan efektif rata – rata (Bmep) maksimum pada putaran 3500 rpm sebesar 8,380 bar. Efisiensi thermal maksimum pada putaran 3500 rpm sebesar 34,367 %. Efisiensi volumetris maksimum pada putaran 3500 rpm sebesar 73,317 %. Lalu diperoleh penurunan unjuk kerja dibandingkan dengan kondisi tanpa magnetisasi yaitu: konsumsi bahan bakar spesifik (Bsfc) minimum pada putaran 3500 rpm sebesar 244 (g/kW.h). Serta terjadi pula penurunan emisi secara rata-rata sebesar 28,52 % untuk HC dan 8,89 % untuk CO. Kata kunci: Induksi Medan Magnet, FTIR, Hidrokarbon, Unjuk Kerja SINJAI 650 CC
iv
THE INFLUENCE OF GIVING ELECTROMAGNETIC INDUCTION TO THE FUEL FLOW TOWARDS THE INFRARED RADIATION OF HYDROCARBON MOLECULES ABSORPTION AND THE SINJAI 2 CYLINDER ENGINE 650 CC (CASE STUDY: SOURCE VOLTAGE FROM THE ALTERNATOR) Name NRP Department Thesis Advisor
: Anang Firmansyah : 2114105011 : Mechanical Engineering FTIITS : Dr. Bambang Sudarmanta ST., MT Abstract
Commonly , the hydrocarbon molecules in the compound gasoline does the vibration activity (vibration) in direction of its core. In addition, to a mutual attraction to each other, forming molecules to be huddle (clustering). So, in the process of mixing with the air causes can't reach the inside of the fuel molecules. The granting of the electromagnetic can change fuel molecules in order to be more regular (de-clustering) as well as the combustion process in the combustion chamber will be better. Research method begins with the making of magnetic induction from cylindrical carbon iron core as much as three entwined copper wire. After testing the strength of electromagnetic, it is choosen for one of third magnets which has the most strongest electromagnetic. For the electromagnetic induction, it needs DC power source to follow the imposition as well as the rotation of the engine. Testing clustering fuel is done by using FTIR method which measures the percentage of infrared radiation absorption in a fuel molecule after dimagnetization. v
Furthermore , test is performed for the influence of the magnetic induction towards the performance of 2 cylinder 650cc Sinjai machine in variable speed ranging from 5000 to 2000 rpm, while for the parameters measured and calculated include torque, fuel, air, temperature, and exhaust emissions. Based on the average of FTIR testing, it changes the percentage wavelength of transmitancce intensity. The largest percentage changed can occur when the electromagnetic gets voltage input is 26 volts with the increased percentage of the intensity transmitancce is 3.28%. Whereas, The results of the Sinjai machine with voltage in accordance with the rotation machine retrieved the increase in performance compared to conditions without magnetization: a maximum torque at 3500 rpm of 42,919Nm. Maximum power at 4500 rpm with of 16,962 kW. The mean effective pressure (Bmep) flat – maximum of 3500 rpm on the round of 8,380. Maximum thermal efficiency at 3500 rpm of 34,367%. Volumetris maximum efficiency at 3500 rpm of 73.317%. Then, it reduces the performance compared to conditions without magnetization: specific fuel consumption (Bsfc) minimum rpm of 3500 on lap 244 (g/kW. h). As well as a decrease in emissions also occur an average of 28,52% for HC and 8,89% for CO. Keyword : Electromagnetic Induction, FTIR, Hydrocarbons, sinjai 2 cylinder engine performance
vi
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT. Karena atas rahmat dan hidayah-Nya, proposal tugas akhir yang berjudul “ PENGARUH PEMBERIAN INDUKSI MEDAN MAGNET PADA ALIRAN BAHAN BAKAR TERHADAP PENYERAPAN RADIASI INFRA MERAH MOLEKUL HIDROKARBON DAN UNJUK KERJA MESIN SINJAI 650 CC 2 SILINDER (STUDI KASUS : SUMBER TEGANGAN DARI ALTERNATOR) ini dapat disusun dan diselesaikan dengan baik dan lancar. Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang harus dipenuhi oleh setiap mahasiswa Program Studi S1 Teknik Mesin ITS Surabaya, sesuai dengan kurikulum yang telah ditetapkan. Selain itu Tugas Akhir ini juga merupakan suatu bukti yang diberikan almamater dan masyarakat. Banyak dorongan dan bantuan yang penulis dapatkan selama penyusunan Tugas Akhir ini sampai terselesaikannya laporan. Untuk itu penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada : 1. Allah SWT dan junjungan besar Nabi Muhammad SAW. 2. Ayah, Ibu, dan adik tercinta yang memberikan semangat dengan cinta dan kasih sayangnya yang tiada batas,serta doa dan restunya. 3. Dr. Bambang Bambang Sudarmanta, ST., MT., sebagai Dosen Pembimbing yang telah dengan sangat sabar, tidak bosan-bosannya membantu dan memberikan ide serta ilmu hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini. 4. Dosen tim penguji yang telah memberikan kritik dan saran dalam penyempurnaan dan pengembangan Tugas Akhir ini. 5. Seluruh dosen dan staf pengajar Jurusan Teknik Mesin FTIITS, yang telah memberikan ilmunya dan membantu semua selama menimba ilmu di bangku kuliah. 6. Seluruh keluarga laboratorium teknik pembakaran dan bahan bakar yang telah menyediakan tempat dan telah
vii
memberikan bantuan dalam proses penyelesaian tugas akhir ini. 7. Seluruh keluarga kontrakan MM-47 8. Seluruh keluarga Lintas Jalur Teknik Mesin. Mari sukses bersama. Semoga segala keikhlasan dan kebaikan yang telah diberikan mendapatkan balasan yang terbaik dari Tuhan Yang Maha Esa, Amin. Karena keterbatasan waktu dan kemampuan penulis, sebagai manusia biasa kami menyadari dalam penulisan ini masih terdapat beberapa kesalahan dan kekurangan. Oleh karena itu, kami mengharap kritik dan saran membangun sebagai masukan untuk penulis dan kesempurnaan Tugas Akhir ini. Semoga dengan penulisan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang memerlukan, mahasiswa Mesin pada khususnya.
Surabaya, Januari 2017
Anang Firmansyah
viii
DAFTAR ISI ABSTRAK .................................................................................. iii ABSTRACT ................................................................................. v KATA PENGANTAR................................................................ vii DAFTAR ISI............................................................................... .ix DAFTAR GAMBAR...................................................... ........... .xii DAFTAR TABEL..................................................................... .. xv BAB I PENDAHULUAN......................................................... ....1 1.1 Latar Belakang........................................................... .1 1.2 Rumusan Masalah. ......... ............................................5 1.3 Tujuan Penelitian.................................................... ....5 1.4 Batasan Masalah.................................. ................ ......6 1.5 Manfaat Penelitian................................. ............... .....6 1.6 Sistematika Penulisan................................. .......... .....7 BAB II TINJAUAN PUSTAKA.................................. .......... .......9 2.1 Induksi Elektromagnet............................ ............ .......9 2.1.1 Pengaruh magnet terhadap unsur hidro karbon...... .......................................... .......9 2.1.2 Fourier Transform-Infra Red Spectroscopy (FT-IR)............................................... .....13 2.2 Sistem Pengisian...................... ............... .................17 2.3 Bahan Bakar Bensin....................... ...........................18 2.4 Parameter unjuk kerja mesin....................... ... ..........20 2.4.1 Torsi...... ............................................ .......21 2.4.2 Daya (brake horse power)................. .......22 2.4.3 Tekanan efektif rata-rata (BMEP).............22 2.4.4 Konsumsi bahan bakar spesifik (specific fuel consumtion)............................... .......23 2.4.5 Efisiensi Termal...... .......................... .......24 2.4.6 Efisiensi Volumetris................................. 26 2.4.7 Rasio Udara Bahan Bakar (Air-Fuel Ratio/AFR)...... ................................ .......26 2.5 Polusi Udara................................ ..............................27 2.6 Penelitian Terdahulu ................................................ 30
ix
BAB III METODOLOGI PENELITIAN..... ................... ...........39 3.1 Perancangan Induksi Magnet.......... .............. ...........39 3.2 Pengujian Kuat Medan Magnet ............................... 41 3.3 Pengujian Fourier Trnasform InfraRed (FTIR).... . ...46 3.4 Pengujian unjuk kerja engine.......................... . ........50 BAB IV ANALISA DATA DAN PERHITUNGAN....... ... ........61 4.1 Pemilihan Instrumen Induksi magnet.......................... .................................. ........61 4.2 Analisa pengaruh medan magnet pada ikatan hidrokarbon dengan pengujian FTIR ..................... 63 4.3 Perhitungan Unjuk Kerja Engine ............................. 77 4.4 Analisa unjuk kerja.... ........................................... ...80 4.5 Analisa Emisi Gas Buang................................. ........90 4.6 Analisa Temperatur.......................... ................ ........93 4.7 Analisa Laju Aliran Udara dan Laju Aliran Bahan Bakar.......................... .................................... ........95 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN.. ................................... 99 5.1 Kesimpulan....................................... ...................... .99 5.2 Saran........................................................... ............100 DAFTAR PUSTAKA.................................. ..............................101 LAMPIRAN
x
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Medan magnet sekitar kumparan.......... ........ ...........9 Gambar 2.2 Magnetic nuclear spin.............................................10 Gambar 2.3 Ilustrasi molekul hidrokarbon yang sulit bereaksi dangan oksigen. .................................................. 10 Gambar 2.4 Ilustrasi bensin melewati medan magnet.... ...... .....11 Gambar 2.5 Animasi molekul yang termagnetisasi bereaksi dengan oksigen ................................................... 12 Gambar 2.6 Alat uji FTIR tipe michelson 8400......... ...... .........14 Gambar 2.7 Grafik tampilan hasil uji FTIR berbasis transmittance ...................................................... 16 Gambar 2.8 Alternator Assy........................................ ..............17 Gambar 2.9 Waterbrake Dynamometer.......................... ...........21 Gambar 2.10 Luasan Area Efektif pressure ..... ............ ............21 Gambar 2.11 Mekanisme terbentuknya polutan HC, CO dan NOx pada SIE......................................... .............27 Gambar 2.12 Emisi gas buang versus air-fuel ratio pada SIE .. .30 Gambar 2.13 Grafik Spectroskopy FTIR [3]................ .............31 Gambar 2.14 Grafik Torsi vs putaran terhadap medan magnet [a] Grafik daya vs putaran terhadap medan magnet [b] Grafik sfc vs putaran terhadap medan magnet [c] Grafik daya vs putaran terhadap medan magnet [d]............ ................................................ ............32 Gambar 2.15 Grafik emisi vs putaran terhadap medan magnet (a) CO (b) HC...... ............................................. ........33 Gambar 3.1 (a) baja karbon (b) kawat tembaga ........................ 40 Gambar 3.2 (a) instrument induksi magnet 1 (b) instrumen induksi 2 (c) instrument induksi 3 ...................... 41 Gambar 3.3 Power Supply GWINSTEK PSS-3203 .................. 42 Gambar 3.4 Gauss Meter] ......................................................... 42 Gambar 3.5 Skema Pengujian dan Pengukuran Alat Kuat MedanMagnet ..................................................... 43 Gambar 3.6 Sketsa Konstruksi Peralatan Medan Magnet (dalam mm) ....................................................................... 44
xi
Gambar 3.7 Skema Pengujian FTIR ........................................ 46 Gambar 3.8 Gugus fungsi FTIR ............................................... 48 Gambar 3.9 Mesin Sinjai ......................................................... 51 Gambar 4.1 Animasi struktur molekul bensin (C8H18) ............. 63 Gambar 4.2 Animasi molekul hidrokarbon yang bergerombol. 63 Gambar 4.3 Rumus kimia heptana (C7H16) . ............................. 64 Gambar 4.4 Grafik hasil pengujian FTIR untuk sampel pertalitetanpa dimagnetisasi. ................................ 66 Gambar 4.5 vibrasi ulur tak simetri dan vibrasi ulur simetri. .... 67 Gambar 4.6 vibrasi tekuk. ......................................................... 68 Gambar 4.7 Grafik hasil pengujian spekstroskopi infra merah sampel pertalite dengan dimagnetisasi kuat medan magnet, (a) 11,1 volt;(b) 14,3 volt;(c) 17,5 volt;(d) 18,8 volt;(e) 21,1 volt; (f) 23,5 volt dan (g) 26 volt.. ....................................................................... 72 Gambar 4.8 Grafik gabungan hasil pengujian spekstroskopi infra merah sampel pertalite yang dimagnetisasi kuat medan magnet ....................................................... 73 Gambar 4.9 Ilustrasi oksigen sulit untuk berinteraksi dengan Molekul hidrokarbon .......................................... 74 Gambar 4.10 ilustrasi molekul tanpa magnetisasi yang dilewati radiasi inframerah ............................................... 75 Gambar 4.11 Animasi oksigen mudah untuk berinteraksi dengan Molekul ............................................................... 77 Gambar 4.12 Grafik Torsi fungsi Putaran Mesin dengan penambahan induksi magnet ................................ 80 Gambar 4.13 Grafik Daya fungsi Putaran Mesin dengan dengan penambahan induksi magnet ................................ 82 Gambar 4.14 Grafik Bmep fungsi Putaran Mesin dengan dengan penambahan induksi magnet ................................ 83 Gambar 4.15 Grafik Bsfc fungsi Putaran Mesin dengan dengan penambahan induksi magnet ................................ 85 Gambar 4.16 Grafik effisiensi Thermal fungsi Putaran Mesin dengan dengan penambahan induksi magnet ....... 86
xii
Gambar 4.17 Grafik effisiensi volumetric fungsi Putaran Mesin dengan dengan penambahan induksi magnet ....... 88 Gambar 4.18 Grafik AFR fungsi Putaran Mesin dengan dengan penambahan induksi magnet................................ 89 Gambar 4.19 Grafik emisi CO fungsi putaran mesin dengan penambahan induksi magnet................................ 90 Gambar 4.20 Grafik emisi HC fungsi putaran mesin dengan variasi kuat medan magnet .................................. 92 Gambar 4.21Grafik temperature silinder head fungsi putaran mesin dengan variasi kuat medan magnet............ 93 Gambar 4.22 Grafik T ekshaust fungsi Putaran Mesin dengan variasi kuat medan magnet .................................. 94 Gambar 4.23 Grafik (a) ṁbb dan ṁudara (standar) fungsi putaran mesin (b) ṁbb dan ṁudara (instrumen induksi magnet) fungsi putaran mesin gauss .................... 96
xiii
Halaman ini sengaja dikosongkan
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Serapan khas gugus fungsi.................. ........ ...............15 Tabel 3.1 Tabel Rancangan eksperimen........................... ..........57 Tabel 4.1 Hasil pengukuran besar gauss instrument induksi magnet............ ....................................................... ...61 Tabel 4.2 Hasil pengukuran besar gauss instrument induksi magnet 1............ .................................................... ...62 Tabel 4.3 Hasil pengukuran besar tegangan alternator ...... ........62 Tabel 4.4 Hubungan panjang gelombang dengan intensitas tanpa magnetisasi............ ................................................ ...66 Tabel 4.5 Hubungan panjang gelombang dengan dimagnetisasi induksi magnet.................. .............................. ..........73
xv
Halaman ini sengaja dikosongkan
xvi
BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Menghadapi masalah lingkungan akibat polusi kendaraan bermotor, para ahli otomotif terus berupaya mencari solusi untuk menurunkan tingkat polusi emisi gas buang yang ditimbulkan kendaraan bermotor. Faktor besar yang mempengaruhi polusi emisi gas buang salah satunya adalah proses pembakaran bahan bakar didalam ruang bakar kendaraan yang kurang sempurna. Pada umumnya Molekul hidrokarbon dalam senyawa bensin akan melakukan aktifitas getaran (vibrasi) dalam arah intinya. Selain itu cenderung untuk saling tarik menarik satu sama lain, membentuk molekul-molekul yang bergerombol (clustering). Penggumpalan ini akan terjadi, sehingga menyebabkan molekul molekul hidrokarbon tidak saling berpisah pada saat bereaksi dengan oksigen. Hal ini mengakibatkan ketidaksempurnaan pembakaran yang dapat diukur pada kandungan gas buang. Pembakaran adalah reaksi kimia relatif cepat antara hidrokarbon pada bahan bakar dengan oksigen di udara yang menghasilkan energi dalam bentuk panas. Pada motor otto terjadi konversi energi dari energi panas ke dalam tekanan lalu diteruskan menjadi energi mekanik yang berupa gerak reciprocating piston. Energi panas tersebut diperoleh dari pembakaran sejumlah bahan bakar yang telah bercampur dengan udara dengan diawali oleh percikan bunga api dari busi (spark plug). Pada proses tersebut terjadi reaksi kimia yang cepat antara hidrogen dan karbon pada bahan bakar dengan oksigen yang terkandung dalam udara bakar. Dari pembakaran yang terjadi diperkirakan masih ada bahan bakar yang belum terbakar menjadi uHC (unburn Hydrocarbon) dan karbon monoksida yang terbentuk karena ikatan karbon pada bahan bakar tidak teroksidasi secara sempurna pada saat proses pembakaran. 1
2 Medan magnet adalah daerah di sekitar magnet dimana objek-objek magnetik lain dapat terpengaruh oleh gaya magnetisasinya. Benda magnetik selalu mencoba untuk mengarahkan diri selaras dengan pengaruh medan magnet disekitarnya. Makin kuat daya megnetisme yang dimiliki oleh suatu benda, maka makin luas pula cangkupan medan magnetnya. Untuk membangkitkan medan magnet dapat dilakukan dengan magnet permanen dan dengan elektromagnetik. Magnet permanen memiliki sifat mempertahankan kekuatannya untuk jangka waktu yang lama dan untuk medan magnet yang didapat tidak dapat divariasikan. Sedangkan untuk menghasilkan medan magnet dengan cara elektromagnetik dapat dilakukan dengan memberikan sumber arus listrik ke suatu kawat melintang. Berbagai penelitian mengenai medan magnet mampu membuktikan bahwa medan magnet dapat diaplikasikan pada bahan bakar, dibuktikan dengan adanya perlakuan terhadap bahan bakar sebelum memasuki ruang bakar atau sebelum memasuki proses pembakaran yang diberi medan magnet.[1]. Pemberian medan magnet pada aliran bahan bakar ini dapat memberikan efek resonansi molekul bahan bakar sehingga mampu menaikkan efisiensi pembakaran yang lebih baik. Resonansi ini membuat rantai ikatan hidrokarbon menjadi tidak stabil serta lebih reaktif lagi sebelum dioksidasi dengan oksigen, sehingga ikatan unsur C dan H akan memecah dan mampu mengikat lebih baik unsur O2. Sehingga jumlah campuran bahan bakar minyak dan O2 akan ideal, sehingga molekul bahan bakar akan bergantian secara teratur masuk ke ruang bakar untuk mengalami proses pembakaran. Dengan metode penyerapan infra merah atau FTIR (Fourier Transform-Infra Red) mampu membuktikan seberapa besar penyerapan inframerah terhadap molekul yang telah mengalami magnetisasi.[2]. Metode penyerapan inframerah diawali dengan adanya suatu senyawa kompleks yang ditembak dengan energi dari sumber sinar yang akan menyebabkan molekul tersebut mengalami vibrasi. Dimana bahan penyusun sumber sinar tadi terbuat dari bahan
3 keramik, yang apabila dialiri arus listrik maka keramik tersebut dapat memancarkan infra merah. Vibrasi dapat terjadi karena energi yang berasal dari sinar inframerah tidak cukup kuat untuk menyebabkan terjadinya atomisasi ataupun eksitasi elektron pada molekul senyawa yang ditembak dimana besarnya energi vibrasi tiap atom atau molekul berbeda tergantung pada atom-atom dan kekuatan ikatan yang menghubungkannya sehingga dihasilkan frekuensi yang berbeda pula. Aplikasi medan magnet pada bahan bakar sudah dilakukan oleh beberapa peneliti. Syarifudin [2] sudah melakukan pemberian medan magnet pada bahan bakar baik menggunakan magnet permanen dan induksi magnet. Dengan pemberian medan magnet sebesar 300 gauss terjadi kenaikan torsi, daya dan Bmep masing masing sebesar 6,876%, 6,676%, 6,876. Sedangkan untuk Sfc mengalami penurunan sebesar 11,555% sehingga terjadi kenaikan effisiensi thermis sebesar 14,376%. Dengan pengujian FTIR ketika sampel bensin dimagnetisasi 300 gauss secara rata-rata terjadi kenaikan prosentase intensitas sebesar 60,91% dibandingkan kondisi standar. Mirza [1] melakukan mapping kebutuhan medan magnet pada setiap putaran mesin dengan cara memberikan variasi pada induksi magnet disetiap variasi putaran mesin. Penelitian dimulai dengan pengujian FTIR terhadap molekul bahan bakar yang telah mengalami magnetisasi. Pengujian FTIR bertujuan untuk mengamati pola gugus molekul hidrokarbon, dengan memberikan radiasi infra merah dan juga dapat menjelaskan karakteristik dari molekul hidrokarbon. Hasil penyerapan transmittance radiasi infra merah pada setiap variasi tegangan yang diberikan semakin naik jika dibandingkan dengan kondisi standar, penyerapan pada B0 100 V meningkat yakni sampai 25.69 %. Dengan penggunaan induksi medan magnet pada aliran bahan bakar dapat meningkatkan kesempurnaan campuran bahan bakar, karena pengoksidasian bahan bakar semakin membaik. Pada nilai gauss yang terbesar yaitu pada B0 100V dengan besar 520 gauss menaikkan torsi = 9.79%, daya = 9.203%, Bmep = 9.79%, B1
4 100V dengan besar 300 gauss menaikkan torsi = 7.69%, daya = 7.67%, Bmep = 7.6923%, dan B2 100V dengan besar 240 gauss menaikkan torsi = 5.45%, daya = 5.466%, Bmep = 5.455%. Permadi [3] melakukan pengujian menggunakan induksi magnet dengan sumber listrik dari alternator, dimana besaran listrik yang dihasilkan mengikuti putaran mesin. Dengan pengurangan resistansi terjadi perbaikan unjuk kerja dimana semakin tinggi besar kuat medan magnet yang digunakan, semakin baik pula perbaikannya jika dibandingkan kondisi standart (tanpa magnetisasi). Dengan pemakaian variasi B2 resistansi 700 ohm terjadi kenaikan torsi, daya dan Bmep masing masing sebesar 14,94 %, 15,82 %, 14,94 %. Dengan pemakaian variasi B1 resistansi 900 ohm terjadi kenaikan torsi, daya dan Bmep masing masing sebesar 10,20 %, 11,44 %, 10,20%. Dengan pemakaian variasi B0 resistansi 500 ohm terjadi kenaikan torsi, daya dan Bmep masing masing sebesar 25,83 %, 26,12 %, 25,83 %. Dari pengujian FTIR terjadi kenaikan prosentase intensitas tertinggi sebesar 25,67 % pada variasi resistansi 500 ohm dan pada voltase 100 volt, dibandingkan kondisi standart. Pada penelitian Faris [4] membahas tentang pengaruh medan magnet terhadap fuel consumption dan exhaust gas dan pengujian unjuk kerja dilakukan pada beban putaran 3500, 4500, 5000 rpm. Selain itu juga diketahui di suatu titik tertentu intensitas medan magnet tidak lagi mereduksi HC. Pada setiap rpm yang diuji tersebut kebutuhaan bahan bakar terhadap besar medan magnet semakin menurun, pada 4000 gauss keatas konsumsi bahan bakar cenderung konstan. Sehingga kebutuhan optimum untuk konsumsi bahan bakar terhadap besar medan magnet terbaik ada pada nilai 4000 gauss pada 5000 rpm dengan konsumsi bahan bakar 1600 ml, 4500 rpm dengan konsumsi bahan bakar 1400 ml, dan 3500 rpm dengan konsumsi bahan bakar 1200 ml. Hal tersebut menunjukkan bahwa penggunaan medan magnet tidak memberikan dampak yang
5 signifikan terhadap jumlah bahan bakar yang dikonsumsi pada suatu kondisi tertentu. Berdasarkan kebutuhan induksi magnet yang meningkat seiring dengan kenaikan beban dan putaran mesin menyebabkan bertambahnya laju aliran konsumsi bahan bakar. Berdasarkan uraian tersebut, penelitian ini bertujuan mengetahui kebutuhan optimal medan magnet yang sesuai dengan meningkatnya putaran mesin. Selanjutnya untuk memperkuat hasil yang didapat akan dilakkan pula pengujian FTIR dan diaplikasikan pada mesin Sinjai 2 silinder 650 CC. I.2 Perumusan Masalah Perumusan masalah dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Bagaimana perancangan induksi magnet yang dibutuhkan sesuai kebutuhan bahan bakar? 2. Bagaimana mendapat kuat medan magnet yang paling optimal sesuai dengan pembebanan yang meningkat pada putaran mesin? 3. Bagaimana spektroskopi FTIR bahan bakar setelah mendapat pengaruh induksi magnet dengan variasi putaran dengan pembebanan yang diberikan? I.3. Tujuan penelitian Sebagaimana rumusan masalah, tujuan penelitian dan penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Untuk mengetahui cara perancangan induksi magnet yang dibutuhkan sesuai kebutuhan bahan bakar. 2. Untuk mendapat kuat medan magnet yang sesuai dengan pembebanan pada putaran mesin. 3. Untuk mengetahui spektroskopi FTIR bahan bakar setelah mendapat pengaruh induksi magnet dengan variasi nilai resistansi dan variasi nilai tegangan yang diberikan.
6 I.4. Batasan Masalah Dalam penelitian ini terdapat beberapa batasan masalah yang akan digunakan penulis untuk mencakup dari pada penelitian ini, yaitu sebagai berikut: 1. Bahan bakar yang digunakan pada penelitian kali ini adalah Pertalite yang diproduksi oleh Pertamina dengan spesifikasi bahan bakar sesuai dengan keputusan Dirjen Migas No. 313 K/10/DJM T/2016 2. Percobaan ini menggunakan mesin Sinjai 650 cc yang ada di Laboratorium Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar Teknik Mesin ITS. 3. Magnet yang digunakan adalah hasil rangkain sendiri 4. Pada perhitungan tesla menggunakan konstanta ruang hampa µo = 4π x 10-7 5. Kondisi mesin SINJAY standar, temperature, dan kelembapan udara sesuai dengan udara 6. Tidak membahas waktu ionisasi bahan bakar. 7. Tidak membahas jarak pemasangan instrumen medan magnet. I.5. Manfaat Penelitian
Penelitian dan penulisan tugas akhir ini dilakukan untuk memberikan manfaat sebagai berikut : 1. Penelitian ini diharapkan bisa dijadikan ilmu pengetahuan dan informasi seluas-luasnya kepada masyarakat mengenai kuat medan magnet dan dijadikan referensi dalam pengembangan selanjutnya. 2. Selain itu, juga dalam upaya mendukung pemerintah tentang pengiritan bahan bakar fosil khususnya premium serta pengurangan emisi gas buang sehingga pemanasan global dapat dikurangi. 3. Jika penelitian ini berhasil, maka dapat diproduksi massal guna mengurangi emisi gas buang dan penghematan bahan bakar minyak.
7 1. 1 Sistematika Penulisan Penulisan penelitian ini dibagi dan disusun menjadi beberapa bab, berikut sistematika penulisan : 1. BAB I PENDAHULUAN Pada bagian ini diuraikan latar belakang, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian dan sistematika penulisan. 2. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pada bagian ini diuraikan landasan teori dan hasil penelitian sebelumnya. 3. BAB III METODE PENELITIAN Pada bagian ini akan diuraikan metode penelitian, spesifikasi peralatan yang akan dipakai dalam pengujian, cara pengujian dan data yang diambil. 4. BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA DATA Pada bagian ini akan dibahas mengenai perhitungan dan analisa data yang didapat dari hasil penelitian. 5. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Pada bagian ini berisisi kesimpulan hasil penelitian serta saran-saran untuk penelitian selanjutnya.
8
Halaman ini sengaja dikosongkan
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2. 1 Induksi Elektromagnet Bila suatu kumparan diberi arus listrik, setiap bagian kumparan ini menimbulkan medan magnet disekitarnya. Medan magnet yang timbul merupakan gabungan medan magnet dari tiap bagian itu. Garis-garis medan magnet didalam selenoida (kumparan) saling sejajar satu dengan lainnya, yang dinamakan medan magnet homogen. Untuk menentukan arah medan magnet dalam selenoida digunakan aturan tangan kanan seperti pada penghantar melingkar. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Medan magnet sekitar kumparan (sumber : httpartikel-teknologi.commacam-macam-generator-ac) Besar medan magnet disumbu kawat melingkar berarus listrik dengan jumlah lilitan kawat N, kuat medan magnetnya dapat ditentukan dengan rumus : μo. I. N B= (2.1) 2п.r Keterangan : B = kuat medan magnet dalam tesla (T) 𝞵o = Permibilitas ruang hampa ; bernilai = 4п .10-7 I = Kuat arus listrik dalam ampere (A) r = Jari jari lingkaran yang dibuat dalam meter (m) N = Banyaknya jumlah lilitan yang dibuat 2.1.1 Pengaruh Magnet Terhadap unsur Hidrokarbon Inti atom suatu unsur dapat dikelompokkan menjadi dua, yakni inti atom yang mempunyai spin dan inti atom yang tidak 9
10
mempunyai spin. Inti atom yang memiliki spin akan menimbulkan medan magnet kecil seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Magnetic nuclear spin (sumber : http://www.umkcradres.org /Spec/RADPAGE/Magnetizednuclearspinsystems.htm) Senyawa hidrokarbon adalah senyawa karbon yang terdiri atas unsur karbon (C) dan hydrogen (H). Jika senyawa hidrokarbon dibakar akan menghasilkan gas CO2 dan uap air (H2O). Adanya CO2 menunjukkan adanya unsur C dan uap air (H2O) menunjukkan adanya unsur H. Pada umumnya Molekul hidrokarbon dalam senyawa bensin akan melakukan aktifitas getaran (vibrasi) dalam arah intinya. Selain itu cenderung untuk saling tarik menarik satu sama lain, membentuk molekul-molekul yang bergerombol (clustering). Penggumpalan ini akan terjadi, sehingga menyebabkan molekul molekul hidrokarbon tidak saling berpisah pada saat bereaksi dengan oksigen seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3. Hal ini mengakibatkan ketidaksempurnaan pembakaran yang dapat diukur pada kandungan gas buang.
Gambar 2.3 Ilustrasi molekul hidrokarbon yang sulit bereaksi dangan oksigen (sumber : https://istisitepu.wordpress.com/senyawahidrokarbon/)
11
Molekul penyusun utama bensin (hidrokarbon) bersifat diamagnetik, dimana memiliki momen spin elektron berpasangan sebagai akibat ikatan C-H. Saat diberikan medan magnet eksternal, momen magnet terinduksi secra lemah. Momen magnet ini berasal dari orbit elektron sekitar inti yang menghasilkan medan magnet. Pada suatu medan magnet eksternal, ekstra torque diaplikasikan ke elektron menghasilkan orientasi anti paralel momen magnet atau yang lemah terhadap medan magnet. Suatu medan magnet yang cukup kuat pada molekul hidrokarbon menyebabkan reaksi penolakan antar molekul hidrokarbon (de clustering), sehingga terbentuk jarak optimal antar molekul hidrokarbon dengan oksigen. Fenomena tersebut diilustrasikan pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 Ilustrasi bensin melewati medan magnet (Sumber : https://www.celicahobby.com /forums/ubbthreads.php/topics/13790/fuel-rail-magnets-generalinformation.html) Gambar 2.4 diilustrasikan sebagai seberkas rambut yang terkena imbasan medan magnet dari sebuah penggaris. Jika sebuah penggaris digosok-gosokkan pada rambut maka akan timbul suatu medan magnet antara penggaris dengan rambut tersebut. Hal ini menggambarkan terjadinya mekanisme polarisasi medan magnet yang menyebabkan ikatan antar muatan penggaris dengan muatan seberkas rambut cukup kuat. Begitu pula terjadi pada molekul
12
Hidrokarbon yang terkena pengaruh kekuatan medan magnet dari luar. Molekul-molekul Hidrokarbon yang telah melewati frekwensi resonansi magnetik dan akan dipengaruhi oleh frekuensi tersebut. Ini dapat dilihat dari pengurangan interaksi antara molekulmolekul Hidrokarbon yang lebih teratur dan lebih jarang. Hal ini disebabkan oleh getaran antar proton hidrogen dalam hidrokarbon akan mempengaruhi proton lainnya yang ada didaerah sekitarnya. Sehingga molekul hidrokarbon mudah untuk dipengaruhi dan lebih reaktif dalam proses pembakaran dan pembakaran tersebut menjadi lebih sempurna. Unsur dominan dalam BBM adalah C (karbon) dan H (hidrogen), dimana pada saat pembakaran bereaksi dengan O 2 (oksigen). Dalam reaksi yang sempurna, unsur C bereaksi dengan O2 membentuk CO2 dan unsur H bereaksi dengan O2 membentuk H20. Unsur C dan H dalam BBM cenderung mempunyai ikatan yang kuat dan bergerombol, sehingga menyulitkan O 2 untuk masuk dalam ikatan senyawanya. Dengan teknik magnetisasi dapat membantu proses reaksi dengan O2 seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.5.
Gambar 2.5 Animasi molekul yang termagnetisasi bereaksi dengan oksigen (sumber : https://istisitepu.wordpress.com/senyawahidrokarbon/) Penyaluran BBM melalui medan magnet terlebih dahulu sebelum masuk ke nozzle injeksi akan merenggangkan ikatan C dan H dalam BBM sehingga memberikan kekuatan C dan H dan lebih mudah untuk mengikat O2. Dengan demikian jumlah
13
campuran BBM dan O2 akan ideal sehingga pembakaran yang berlangsung lebih effisien dan bersih, yang ditunjukkan lebih rendahnya gas polutan dalam kandungan. 2.1.2 Fourier Transform-Infra Red Spectroscopy (FT-IR) Untuk mendapatkan hasil yang valid dalam pengujian pengaruh magnet terhadap kandungan hidro karbon (bensin), maka akan dilakukan analisa sampel yang telah dipengaruhi kuat medan magnet, yang nantinya akan diuji dengan metode penyerapan infra merah atau FTIR (Fourier Transform-Infra Red). Fourier Transform-Infra Red Spectroskopy atau yang dikenal dengan FTIR merupakan suatu teknik yang digunakan untuk menganalisa komposisi kimia dari senyawa-senyawa organik, polimer, coating atau pelapisan, material semikonduktor, sampel biologi, senyawa-senyawa anorganik, dan mineral. FT-IR mampu menganalisa suatu material baik secara keseluruhan, lapisan tipis, cairan, padatan, pasta, serbuk, serat, dan bentuk yang lainnya dari suatu material. Spektroskopi FT-IR tidak hanya mempunyai kemampuan untuk analisa kualitatif, namun juga bisa untuk analisa kuantitatif. Metode spektroskopi inframerah modern dilengkapi dengan teknik transformasi Fourier untuk deteksi dan analisis hasil spektrumnya. Dalam hal ini metode spektroskopi yang digunakan adalah metode spektroskopi absorbsi, yaitu metode spektroskopi yang didasarkan atas perbedaan penyerapan radiasi inframerah oleh molekul suatu materi. Absorbsi inframerah oleh suatu materi dapat terjadi jika dipenuhi dua syarat, yakni kesesuaian antara frekuensi radiasi inframerah dengan frekuensi vibrasional molekul sampel dan perubahan momen dipol selama bervibrasi. Komponen utama spektroskopi FTIR adalah interferometer Michelson yang mempunyai fungsi menguraikan (mendispersi) radiasi inframerah menjadi komponen-komponen frekuensi yang ditunjukkan pada gambar 2.6.
14
Gambar 2.6 Alat uji FTIR tipe michelson 8400 Penggunaan interferometer Michelson tersebut memberikan keunggulan metode FTIR dibandingkan metode spektroskopi inframerah konvensional maupun metode spektroskopi yang lain. Diantaranya adalah informasi struktur molekul dapat diperoleh secara tepat dan akurat (memiliki resolusi yang tinggi). Keuntungan yang lain dari metode ini adalah dapat digunakan untuk mengidentifikasi sampel dalam berbagai fase (gas, padat atau cair). Dasar lahirnya spektroskopi FT-IR adalah dengan mengasumsikan semua molekul menyerap sinar infra merah, kecuali molekul-molekul mono atom (He, Ne, Ar, dll) dan molekul-molekul homopolar diatomik (H2, N2, O2, dll). Molekul akan menyerap sinar infra merah pada frekuensi tertentu yang mempengaruhi momen dipolar atau ikatan dari suatu molekul. Supaya terjadi penyerapan radiasi inframerah, maka ada beberapa hal yang perlu dipenuhi, yaitu : 1. Absorpsi terhadap radiasi inframerah dapat menyebabkan eksitasi molekul ke tingkat energi vibrasi yang lebih tinggi dan besarnya absorbsi adalah terkuantitasi. 2. Vibrasi yang normal mempunyai frekuensi sama dengan frekuensi radiasi elektromagnetik yang diserap.
15
3. Proses absorpsi (spektra IR) hanya dapat terjadi apabila terdapat perubahan baik nilai maupun arah dari momen dua kutub ikatan. Spektroskopi infra merah dilakukan pada daerah infra merah yaitu dari panjang gelombang 0.78 sampai 1000 urn atau pada kisaran frekuensi 12800 - 10 cm-1. Teknik spektroskopi infra merah terutama untuk mengetahui gugus fungsional suatu senyawa, juga untuk mengidentifikasi senyawa, menentukan struktur molekul, mengetahui kemurnian, dan mempelajari reaksi yang sedang berjalan. Daerah erapan khas gugus fungsi suatu senyawa dapat dilihat pada tabel 2.1. Tabel 2.1 Serapan khas gugus fungsi Gugus Jenis Senyawa C-H alkana C-H alkena C-H aromatik C-H alkuna C=H alkena C=C aromatik (cincin) alkohol, eter, asam karboksilat, C-O ester aldehida, keton, asam C=O karboksilat, ester O-H alkohol, fenol(monomer) O-H alkohol, fenol (ikatan H) O-H asam karboksilat N-H amina C-N amina NO2 nitro
Daerah Serapan (cm-1) 2850-2970, 1350-1470 3020-3080, 675-870 3000-3100, 675-870 3300 1640-1680 1500-1600 1080-1300 1690-1760 3610-3640 2000-3600 (lebar) 3000-3600 (lebar) 3310-3500 1180-1360 1515-1560, 1345-1385
16
Beberapa keuntungan dari FT-IR untuk analisa suatu material, antara lain: Tidak merusak sampel, non-destructive Metoda pengukuran dengan tingkat ketelitian yang tinggi tanpa harus dilakukan kalibrasi ulang Proses analisa berlangsung lebih cepat Sensitif Bila radiasi infra merah dilewatkan melalui suatu sampel, maka molekul-molekulnya dapat menyerap (mengabsorpsi) energi maka terjadilah transisi antara tingkat vibrasi dasar (ground state) dan tingkat vibrasi tereksitasi (exited state). Pengabsorpsian energi pada berbagai frekuensi dapat dideteksi oleh spektrofotometer infra merah, yang memplot jumlah radiasi infra merah yang diteruskan melalui suatu cuplikan sebagai fungsi frekuensi (atau panjang gelombang) radiasi. Plot grafik dari hasil pengujian FTIR dapat dilihat pada gambar 2.7.
Gambar 2.7 Grafik tampilan hasil uji FTIR berbasis transmittance
17
Plot tersebut disebut spektrum inframerah yang akan memberikan informasi penting tentang gugus fungsional suatu molekul. Vibrasi molekul hanya akan terjadi bila suatu molekul terdiri dari dua atom atau lebih. Untuk dapat menyerap radiasi infra merah (aktif infra merah), Vibrasi molekul harus menghasilkan perubahan momen dwi kutub. 2.2 Sistem Pengisian Fungsi alternator adalah untuk mengubah energi mekanis yang didapatkan dari mesin tenaga listrik. Energi mekanik dari mesin disalurkan sebuah puli, yang memutarkan roda dan menghasilkan arus listrik bolak-balik pada stator. Arus listrik bolak-balik ini kemudian dirubah menjadi arus searah oleh diodediode. Komponen Alternatror dapat dilihat pada Gambar 2.10.
Gambar 2.8 Alternator Assy (Sumber : http://www.rfsystemlab.us/glossary/alternator/) Fungsi utama dari komponen alternator antara lain: 1. Pulley Sebagai penerima putaran dari engine untuk memberikan energy mekanis pada alternator. 2. Rotor
18
Mendapatkan arus DC 12 V dari baterai, sehingga menghasilkan medan magnet listrik dan kemudian mengubahnya menjadi listrik. 3. Stator Pada saat rotor berputar stator akan memotong medan magnet dan mengubahnya menjadi listrik. Saat ini yang dihasilkan ialah listrik arus AC. 4. Diode Rectifier Sebagai pengubah arus AC menjadi arus DC, sesuai kebutuhan beban pada kendaraan yang hanya dapat menerima arus DC. Arus listrik AC (alternating current), merupakan listrik yang besarnya dan arah arusnya selalu berubah-ubah dan bolakbalik. Arus listrik AC akan membentuk suatu gelombang yang dinamakan dengan gelombang sinus atau lebih lengkapnya sinusoida. Sedangkan untuk arus listrik DC (Direct current) merupakan arus listrik searah. Pada awalnya aliran arus pada listrik DC dikatakan mengalir dari ujung positif menuju ujung negatif. 2.3 Bahan Bakar Bensin Salah satu jenis Bahan bakar hidrokarbon adalah bahan bakar bensin adalah produk utama dari petroleum dan biasanya Terdiri dari bermacam campuran seperti: parafin, olefin, napthane dan aromatik. Komposisi gasoline berubah tergantung dari minyak bumi dan proses refining. Karakteristik yang umum untuk menilai kinerja bahan bakar mesin bensin antara lain 1. Bilangan oktan Angka oktan pada bahan bakar mesin bensin menunjukkan kemampuan menghindari terbakarnya campuran udara bahan bakar sebelum waktunya. Jika campuran udara bahan bakar terbakar sebelum waktunya akan menimbulkan fenomena knocking yang berpotensi menurunkan daya
19
2.
3.
4.
5.
mesin bahkan menimbulkan kerusakan pada komponen mesin. Nilai Kalor Nilai kalor merupakan suatu angka yang menyatakan jumlah energi panas maksimum yang dibebaskan oleh suatu bahan bakar melalui reaksi pembakaran sempurna persatuan massa atau volume bahan bakar tersebut. Dari bahan bakar yang ada dibakar, nilai kalor yang terkandung akan diubah menjadi energi mekanik melalui kerja komponen mesin. Besarnya nilai kalor atas diuji menggunakan bomb calorimeter. Viskositas Viskositas terkait dengan tahanan yang dimiliki fluida yang dialirkan dalam pipa kapiler terhadap gaya gravitasi, biasanya dinyatakan dalam waktu yang diperlukan untuk mengalir pada jarak tertentu. Jika viskositas semakin tinggi, maka tahanan untuk mengalir akan semakin tinggi. Karakteristik ini sangat penting karena mempengaruhi kinerja karburator pada mesin bensin. Titik Nyala Titik nyala adalah suatu angka yang menyatakan temperatur terendah dari bahan bakar minyak dimana akan timbul penyalaan api sesaat, apabila pada permukaan minyak tersebut didekatkan pada nyala api. Flash point mengindikasikan tinggi rendahnya volatilitas dan kemampuan untuk terbakar dari suatu bahan bakar. Titik Tuang (Pour Point) Titik tuang adalah suatu angka yang menyatakan suhu terendah dari bahan bakar minyak sehingga minyak tersebut masih dapat mengalir karena gaya gravitasi. Titik tuang merupakan ukuran daya atau kemampuan bahan bakar pada temperatur rendah, yang berarti bahwa kendaran dapat menyala pada temperatur rendah karena bahan bakar masih
20
dapat mengalir. Selain itu terkait dengan proses penyimpanan dalam tangki dan pengaliran pada suatu pipa. 6. Berat Jenis (Specific Gravity) Berat jenis adalah suatu angka yang menyatakan perbandingan berat dari bahan bakar minyak pada temperatur tertentu terhadap air pada volume dan temperatur yang sama. Besar nilai berat jenis suatu zat dapat dicari dengan menggunakan Piknometer. Penggunaan specific gravity adalah untuk mengukur berat/massa minyak bila volumenya telah diketahui. Bahan bakar minyak umumnya mempunyai specific gravity antara 0,74 dan 0,96. 2.4 Parameter Unjuk Kerja Mesin Performa mesin menunjukan tingkat kesuksesannya dalam mengkonversi energi kimia yang terkandung dalam bahan bakar menjadi energi mekanik. Kemudian Baik atau tidaknya suatu desain engine juga dapat dilihat melalui unjuk kerja (performance) yang dihasilkannya. Pengujian suatu engine ditentukan oleh beberapa parameter unjuk kerja engine dan kadar emisi gas buang hasil pembakaran. Unjuk kerja menjadi penting karena berkaitan dengan tujuan penggunaan engine dan faktor ekonomisnya, sedangkan tinggi rendahnya emisi gas buang berhubungan dengan faktor lingkungan. Untuk menentukan parameter unjuk kerja engine, maka harus ditentukan terlebih dahulu sistem yang digunakan. Pudjana, Astu [9] Berikut parameter-parameter dari unjuk kerja mesin : 1. Torsi 2. Daya efektif 3. Tekanan efektif rata-rata (bmep) 4. Pemakaian bahan bakar spesifik (sfc) 5. Effisiensi thermal 6. Effisiensi volumetris 7. Air fuel ratio (AFR) 8. Emisi gas buang
21
2.4.1 Torsi Kemampuan engine dalam menghasilkan kerja ditunjukkan dengan nilai torsi yang dihasilkannya. Dalam keadaan sehari-hari torsi digunakan untuk akselerasi kendaraan untuk meningkatkan kecepatan. Torsi merupakan perkalian antara gaya tangensial dengan panjang lengan. Rumus untuk menghitung torsi pada engine adalah sebagai berikut: Torsi = P × R (2.2) Dimana: P = gaya tangensial (N) R = lengan gaya water brake dynamometer (m) Pada pengujian, torsi yang dihasilkan oleh motor dibaca pada display waterbrake dynamometer seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.8.
Gambar 2.9 Waterbrake Dynamometer Torsi yang didapatkan masih dalam lb.ft sehingga diperlukan faktor konversi agar didapatkan nilai torsi dengan satuan metris. Adapun faktor konversi X yang digunakan adalah: 4.448 N 1m X = faktor konversi = [ × ] (2.3) 1 lbf
3.2808 ft
22
2.4.2 Daya (brake horse power) Tujuan dari pengoperasian mesin adalah untuk menghasilkan daya atau power. Brake horse power merupakan daya yang dihasilkan dari poros output mesin yang dihitung berdasarkan laju kerja tiap satuan waktu. Nilai daya sebanding dengan gaya yang dihasilkan dan kecepatan linearnya atau sebanding dengan torsi poros dan kecepatan sudutnya. Untuk menghitung daya motor digunakan perumusan : bhp = ω x T = 2 π n x T (Watt) (2.4) Dimana : bhp = Daya motor (Watt) T = Torsi (N.m) n = Putaran poros waterbrake dynamometer (rps) 2.4.3 Tekanan efektif rata-rata (BMEP) Tekanan efektif rata-rata (brake mean effectif pressure) didefinisikan sebagai tekanan tetap rata-rata teoritis yang bekerja sepanjang volume langkah piston sehingga menghasilkan daya. Jika tekanan efektif rata-rata dihitung berdasarkan pada bhp (brake horse power) maka disebut bmep (brake mean effective pressure) seperti yang digambarkan pada gambar 2.9
Gambar 2.10 Luasan Area Efektif pressure Gaya yang bekerja mendorong piston kebawah : F = Pr x A Kerja selama piston bergerak dari TMA ke TMB :
(2.5)
23
W = F x L = (Pr x A) x L (2.6) Jika poros engkol berputar n rpm, maka dalam 1 menit akan terjadi
n siklus kerja. z n siklus dimana ; z menit z = 1 (Untuk motor 2 langkah), 2 (Untuk motor 4 langkah) Daya tiap silinder :
W
Pr A L n z
(2.7)
Daya motor sejumlah “i” silinder :
W
Pr A L n i z
(2.8)
Jika W = bhp dan Pr = bmep, maka : bhp∙z bmep = (Pa) (2.9) A∙L∙n∙i Dimana : bhp = daya motor, Watt A = Luas penampang torak, m2 L = Panjang langkah torak, m i = Jumlah silinder n = Putaran mesin, rps z = 1 ( motor 2 langkah) atau 2 ( motor 4 langkah ) 2.4.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (specific fuel consumption) Konsumsi bahan bakar (fuel consumption) merupakan banyaknya jumlah bahan bakar yang digunakan oleh engine selama satuan waktu tertentu. Sedangkan, sfc (specific fuel consumption) merupakan ukuran jumlah konsumsi bahan bakar engine yang diukur dalam satuan massa bahan bakar per satuan keluaran daya,
24
untuk menghasilkan satu daya efektif. Dapat juga didefinisikan sebagai laju aliran bahan bakar yang dipakai oleh engine untuk menghasilkan tenaga. Karena perhitungan sfc didasarkan pada bhp (brake horse power) maka disebut bsfc (brake specific fuel consumption). Apabila dalam pengujian diperoleh data mengenai penggunaan bahan bakar m (kg) dalam waktu s (detik) dan daya yang dihasilkan sebesar bhp (kW), maka pemakaian bahan bakar ̇ bb) adalah : per detik ( m m ṁbb = bb (Kg / detik) (2.10) t
Sedangkang specific fuel consumption : ṁ sfc = bb bhp
(2.11)
Dimana : 𝑚̇𝑏𝑏 = pemakaian bahan bakar tiap satuan waktu (kg/jam) sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kW.jam) bhp = Daya efektif poros mesin dalam satuan kilowatt (kW) 2.4.5 Efisiensi termal (ηth) Besarnya pemanfaatan energi panas yang tersimpan dalam bahan bakar untuk diubah menjadi daya efektif oleh motor pembakaran dalam dinyatakan dalam efisiensi thermal (ηth). Setiap bahan bakar memiliki nilai kalor yang berbeda sehingga efisiensi thermal yang dihasilkan juga akan berbeda pula. Efisiensi thermal adalah ukuran besarnya pemanfaatan energi panas dari bahan bakar untuk diubah menjadi daya efektif oleh engine. energi yang berguna ηth = × 100% (2.12) energi yang diberikan
Jika masing-masing dibagi dengan waktu, t maka : kerja/waktu ηth = × 100% panas yang diberikan/waktu
(2.13)
25
Dimana : Kerja / waktu = Daya (bhp) Panas yang diberikan = Nilai kalor x massa bahan bakar [Q ṁbb] Sehingga, Bhp ƞth = ̇ x 100 % (2.14) mbb x Q
Dimana: sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/Watt . s) ṁbb = laju aliran bahan bakar (kg/s) Q = nilai kalor bawah dari bahan bakar yang digunakan (J/kg) ṁbb merupakan laju aliran bahan bakar (kg/s) dan Q nilai kalor bahan bakar. Nilai kalor adalah jumlah energi panas maksimum yang dibebaskan oleh suatu bahan bakar melalui reaksi pembakaran sempurna per satuan massa atau volume bahan bakar. Nilai kalor umumnya ada dua yakni nilai kalor atas atau high heat value (HHV) dan juga nilai kalor bawah atau low heat value (LHV). Ditinjau dari H2O yang merupakan salah satu produk proses pembakaran nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan atas : Nilai kalor atas (NKA) yaitu bila nilai produk pembakaran dalam fase cair (jenuh). Nilai kalor bawah (NKB) jika H2O produk pembakaran dalam fase gas Untuk penelitian ini kita menggunakan Nilai kalor bawah (NKB) atau low heat value (LHV) sehingga dapat dinyatakan dengan rumus empiris (untuk bahan bakar bensin) sebagai berikut: LHV = [16610 + 40 (°API)] Btu/lb (2.16) Dimana : 1 Btu/lb = 2,326 kJ/kg 1 1 kJ/kg = [ ] kKal/kg 4,187
API Gravity adalah suatu pernyataan yang menyatakan densitas dari suatu material. API Gravity diukur pada temperatur minyak bumi 60oF.
26
API =
141,5 𝑆𝐺 pada 60o F
− 131,5
(2.17)
2.4.6
Efisiensi Volumetris (volumetric efficiency) Efisiensi volumetris hanya digunakan pada engine 4 langkah. Didefinisikan sebagai rasio dari volume udara yang masuk ke silinder dibagi dengan volume silinder yang tersedia. v 2 ṁa ηv = i = (2.18) vs
ρa,iVd N
Dimana: ɳv = efisiensi volumetris vi = volume udara yang masuk kedalam silinder vs = volume silinder yang tersedia ṁa = volume flow rate udara ρa,i = massa jenis udara (kg/m3) Vd = volume silinder (m3) N = putaran engine (rps) Efisiensi volumetris sebuah engine dipengaruhi oleh beberapa veriabel diantaranya rasio kompresi, waktu buka-tutup katup, desain pemasukan dan port, kadar campuran bahan-bakar dengan udara, panas laten dari penguapan bahan bakar, pemanasan udara masuk, tekanan di silinder dan kondisi atmosfer. 2.4.7
Rasio Udara-Bahan Bakar (Air-Fuel Ratio/AFR ) Metode ini paling sering digunakan untuk mendefinisikan campuran dan merupakan perbandingan antara massa dari udara dan bahan bakar pada suatu titik tinjau. Secara simbolis, AFR dihitung sebagai : .
AFR
ma .
mf
.
.
.
.
M a N a
(2.19)
M fNf
Jika nilai aktual lebih besar dari nilai AFR, maka terdapat udara yang jumlahnya lebih banyak daripada yang dibutuhkan oleh sistem dalam proses pembakaran dan dikatakan miskin bahan
27
bakar dan jika nilai aktual lebih kecil dari AFR stokiometrik maka tidak cukup terdapat udara pada sistem dan dikatakan kaya bahan bakar. 2.5 Polusi Udara Polusi udara adalah masuknya bahan-bahan pencemar kedalam udara sedemikian rupa sehingga mengakibatkan kualitas udara menurun dan lingkungan tidak berfungsi sebagaimana mestinya (UUPLH No.23/1997 pasal 1). Polutan dapat dibedakan menjadi dua, yaitu polutan primer dan polutan sekunder. Polutan primer adalah polutan dimana keberadaannya di udara langsung dari sumbernya. Contoh polutan primer adalah partikulat, Sulfur Oksida (SOx), Nitrogen Oksida (NOx), Hidrokarbon (HC), dan Karbon Monoksida (CO). Sedangkan polutan sekunder adalah polutan primer yang bereaksi dengan komponen lain diudara, contohnya Ozon (O3) dan Peroksi Asetil Nitrat (PAN) dimana keduanya terbentuk di atmosfir melalui proses hidrolisis, petrochemical atau oksidasi [10]. Mekanisme terbentuknya polutan dapat dilihat pada gambar 2.10.
Gambar 2.11 Mekanisme terbentuknya polutan HC, CO dan NOx pada SIE (sumber : Kawano, D. Sungkono Pencemaran udara: 2014)
28
Kawano, S [10]. Dari kedua jenis polutan diatas yang sering jadi perhatian adalah polutan primer, meskipun polutan sekunder tidak bisa dianggap ringan. Berikut ini adalah penjelasan tentang beberapa polutan primer. Berikut ini adalah penjelasan tentang beberapa polutan primer. 1. Hidrokarbon (HC) Hidrokarbon terjadi dari bahan bakar yang tidak terbakar langsung keluar menjadi gas mentah, dan dari bahan bakar terpecah menjadi reaksi panas berubah menjadi gugusan HC yang lain, yang keluar bersama gas buang. Sebab–sebab terjadinya hidrokarbon (HC) adalah karena tidak mampu melakukan pembakaran, penyimpanan dan pelepasan bahan bakar dengan lapisan minyak, penyalaan yang tertunda, disekitar dinding ruang bakar yang bertemperatur rendah dan karena adanya overlap valve, sehingga HC dapat keluar saluran pembuangan. - HC dalam volume crevice. Volume crevice adalah volume dengan celah yang sangat sempit sehingga api tidak dapat menjangkaunya yang merupakan sumber utama munculnya HC dalam gas buang. Volume crevice yang paling utama adalah volume diantara piston, ring piston dan dinding silinder.Volume crevice yang lainnya adalah crevice disekitar ulir busi, ruangan disekitar pusat elektroda busi, dan crevice disekitar gasket silinder head. - Penyerapan uap bahan bakar ke dalam lapisan oli pada dinding ruang bakar. Selama proses pengisian dan kompresi, uap bahan bakar diserap oleh oli pada dinding ruang bakar, selanjutnya melepaskannya kembali ke ruang bakar selama ekspansi dan pembuangan. - Pembakaran yang tidak sempurna.
29
Terjadi ketika kualitas pembakaran jelek baik terbakar sebagian (partial barning) atau tidak terbakar sama sekali (complete misfire) akibat homogenitas, turbulensi, A/F dan spark timing yang tidak memadai. Saat tekanan silinder turun selama langkah ekspansi, temperatur unburned mixture didepan muka api menurun, menyebabkan laju pembakaran menurun. Karena temperatur unburned didepan muka api yang terlalu rendah maka menyebabkan api padam. Hal ini dapat menyebabkan konsentrasi HC dalam gas buang meningkat tajam. 2. Karbon monoksida (CO) Gas karbon monoksida merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau pada suhu diatas titik didihnya dan mudah larut dalam air. Gas karbon monoksida merupakan komponen utama dalam udara tercemar, karena kereaktifan gas karbon monoksida terhadap hemoglobin dalam darah yang mengakibatkan darah kekurangan oksigen dan menyebabkan gangguan saraf pusat. Pembakaran yang normal pada motor bensin akan membakar semua hidrogen dan oksigen yang terkandung dalam campuran udara dan bahan bakar. Akan tetapi dalam pembakaran yang tidak normal, misalnya pembakaran yang kekurangan oksigen, akan mengakibatkan CO yang berada didalam bahan bakar tidak terbakar dan keluar bersama-sama dengan gas buang. Karbon monoksida juga sangat ditentukan oleh kualitas campuran, homoginitas dan A/F ratio. Semakin bagus kualitas campuran dan homogenitas akan mempermudah oksigen untuk bereaksi dengan karbon. Jumlah oksigen dalam campuran (A/F ratio) juga sangat menentukan besar CO yang dihasilkan, mengingat kurangnya oksigen dalam campuran akan mengakibatkan karbon bereaksi tidak sempurna dengan oksigen (sehingga terbentuk CO) seperti pada gambar 2.11.
30
Gambar 2.12 Emisi gas buang versus air-fuel ratio pada SIE (sumber : Kawano, D. Sungkono Pencemaran udara: 2014) Karbon monoksida juga cenderung timbul pada temperatur pembakaran yang tinggi. Meskipun pada campuran miskin (mempunyai cukup oksigen) jika temperatur pembakaran terlalu tinggi, maka oksigen yang telah terbentuk dalam karbon dioksida bisa berdisosiasi (melepaskan diri) membentuk karbon monoksida dan oksigen. 2.6 Penelitian Terdahulu Pada sub bab ini ditampilkan beberapa hasil penelitian terdahulu yang dijadikan dasar pertimbangan dalam melakukan penelitian tugas akhir ini. 1. Syarifudin Penelitian yang dilakukan Syarifudin [3] untuk mengetahui pengaruh akibat penambahan kuat medan magnet tersebut terhadap unjuk kerja dan emisi gas buang. Variasi yang digunakan ialah dengan kuat medan magnet 100, 200, dan 300 gauss. Parameter yang digunakan berupa Torsi, Daya efektif, Tekanan efektif rata-rata (bmep), Pemakaian bahan bakar spesifik (sfc), Effisiensi thermal, Emisi gas buang
31
Dari pengujian FTIR yang dilakukan bahwa Kenaikan paling besar untuk intensitas transmitansi (penyerapan radiasi infra merah) Pada panjang gelombang 2871,81, 2925,81 dan 2958,6 cm-1 terjadi ketika sampel bensin dimagnetisasi 300 gauss secara rata-rata terjadi kenaikan prosentase intensitas sebesar 60,91 % dibandingkan kondisi standart, dapat dilihat pada gambar 2.13.
Gambar 2.13 Grafik Spectroskopy FTIR Keterangan : 1. kondisi sampel bensin standart 2. kondisi magnetisasi 100 gauss 3. kondisi magnetisasi 200 gauss 4. kondisi magnetisasi 300 gauss Hasil eksperimental yang diperoleh torsi maksimum tertinggi dihasilkan pada pemakaian instrument kuat medan magnet yakni sebesar 300 gauss, sehingga mencapai torsi maksimum sebesar 48,265 N.m pada putaran engine 3500 rpm. Torsi maksimum terkecil dihasilkan oleh kondisi standart, dengan torsi maksimum sebesar 44,334 N.m pada putaran engine 3500 rpm. Secara rata-rata, dengan penambahan instrument kuat medan magnet sebesar 300 gauss pada aliran bahan bakar Premium akan meningkatkan torsi engine sebesar
32
6.676% dibandingkan dengan kondisi standar. Grafik Torsi vs putaran terhadap medan magnet dapat dilihat pada gambar 2.14.
(a)
(c)
(b)
(d)
Gambar 2.14 Grafik Torsi vs putaran terhadap medan magnet [a] Grafik daya vs putaran terhadap medan magnet [b] Grafik sfc vs putaran terhadap medan magnet [c] Grafik daya vs putaran terhadap medan magnet [d]
33
Gambar 2.14 (b) menjelaskan grafik daya vs putaran terhadap medan magnet dapat dilihat pada gambar 2.18.Daya maksimum tertinggi dihasilkan pada pemakaian instrumen kuat medan magnet 300 gauss, sebesar 18,164 kW pada putaran engine 4000 rpm. Daya maksimum terkecil dihasilkan kondisi standart tanpa pemasangan instrumen kuat medan magnet, dengan daya maksimum sebesar 17,199 kW pada putaran engine 4000 rpm. Sedangkan Untuk kenaikan daya dengan penambahan kuat medan magnet 200 ke 300 gauss akan mengalami tren kenaikan yang lebih rendah dibandingkan 100 ke 200 gauss, sehingga pada saatnya didapatkan nilai batas maksimal dari kenaikan unjuk kerja yang terjadi. Secara rata-rata, dengan penambahan instrumen kuat medan magnet 300 gauss pada bahan bakar Premium akan meningkatkan daya engine sebesar 6.676% dibandingkan menggunakan kondisi standart. Gambar 2.13 (c) menjelaskan grafik SFC vs putaran terhadap medan magnet. SFC minimal yang terendah dihasilkan pada engine yang menggunakan besar kuat medan magnet pada aliran bahan bakar yakni 300 gauss dengan SFC minimum sebesar 0,172 (kg/kW.jam) pada putaran engine 3500 rpm. Untuk penurunan SFC dengan penambahan kuat medan magnet 200 ke 300 gauss akan mengalami tren penurunan yang lebih rendah dibandingkan 100 ke 200 gauss. Secara rata-rata, dengan penambahan instrumen kuat medan magnet 300 gauss pada aliran bahan bakar Premium akan menurunkan SFC sebesar 11,555% dibandingkan menggunakan kondisi standart. Gambar 2.14 (d) menjelaskan Grafik efisiensi thermal vs putaran terhadap medan magnet Efisiensi thermal optimum tertinggi didapat ketika engine Premium menggunakan instrument kuat medan magnet 300 gauss pada aliran bahan bakar sebesar 46,939%. Secara rata-rata, apabila dibandingkan menggunakan kondisi standart besarnya peningkatan efisiensi thermal sebesar 14,376 %.
34
Emisi CO tertinggi terjadi pada saat engine kondisi standart. Sedangkan emisi terendah dihasilkan oleh engine yang menggunakan instrument kuat medan magnet 300 gauss. Secara rata-rata besarnya penurunan adalah sebesar 23,472% dibandingkan kondisi standart. Emisi HC tertinggi terjadi pada saat engine kondisi standart. Sedangkan emisi terendah dihasilkan oleh engine yang menggunakan instrument kuat medan magnet 300 gauss. Secara rata-rata besarnya penurunan adalah sebesar 12,898% dibandingkan kondisi standart. Grafik emisi vs putaran terhadap medan magnet dapat dilihat pada gambar 2.14.
(a)
(b)
Gambar 2.15 Grafik emisi vs putaran terhadap medan magnet (a) CO, (b) HC. 2. Mirza Hamdhani Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pada tegangan berapa pada induksi magnet yang diaplikasikan pada mesin untuk mencapai hasil maksimal dengan variasi tegangan 20, 40, 60, 80, dan 100. Dari hasil penelitian didapatkan 1. Pada pengujian FTIR panjang gelombang 2850-2970 cm-1 Hasil penyerapan transmittance tiap variasi tegangan yang diberikan semakin naik. Dibandingkan dengan kondisi
35
standar penyerapan pada B0 100V yakni maningkat sampai 25.69%. 2. Pada uji unjuk kerja penggunaan induksi medan magnet paling meningkat didapatkan pada kondisi pengujian 100 v. Dengan setiap magnet mengalami kenaikan yang signifikan dari torsi, daya, Bmep, dan efisiensi thermal serta menurunkan tingkat konsumsi bahan bakar. 3. Penggunaan induksi medan magnet pada aliran bahan bakar memperbaiki kualitas pembakaran, memperbaiki unjuk kerja, serta menurunkan kondisi campuran bahan bakar membuat kondisi campuran bahan bakar sendiri semakin miskin (λ > 1). Sehingga mesin kehilangan daya pembakaran. Kondisi ini terjadi pada saat pengujian B0 100 V afr rata-rata mencapai 15.12 dapat dilihat akibatnya terjadi penurunan daya pada mesin. Afr rata-rata yang mendekati stokiometri didapat pada B0 100 V = 14.62, B0 60 V = 14.738, B0 100 V = 14.86. 4. Penggunaan induksi kuat medan magnet pada aliran bahan bakar menurunkan emisi gas buang. Semakin tinggi besar kuat medan magnet yang digunakan, semakin rendah pula kandungan emisi gas buang dibandingkan kondisi standar. Pada B2 100 V menurunkan emisi CO = 31.05 %, HC = 10.17, serta menaikkan CO2 = 11.032%. Pada B1 100 V menurunkan emisi CO = 37.57 %, HC = 13.56, serta menaikkan CO2 = 14.519%. Pada B0 100 V menurunkan emisi CO = 44.97 %, HC = 18.36, serta menaikkan CO2 = 18.22%. Berdasarkan kadar kandungan emisi gas buang yang paling ramah lingkungan ialah pada B0 100 V. 3. Galih Setyo Permadi Penelitian yang dilakukan oleh Galih Setyo Permadi bertujuan mengetahui bagaimana performa mesin yang diberikan alat induksi magnet dengan besaran tegangan
36
induksi magnet yang berfluktuasi mengiokuti bersar kecilnya putaran mesin. Beberapa kesimpulan yang bisa diambil dari penelitian ini adalah: 1. Dari pengujian FTIR, ketika sampel bensin dimagnetisasi 20, 40 ,60 ,80 , dan 100 volt secara rata-rata terjadi kenaikan prosentase intensitas tertinggi sebesar 25,67 % pada variasi resistansi 500 ohm dan pada voltase 100 volt, dibandingkan kondisi standart. 2. Dengan penggunaan efek kuat medan magnet pada aliran bahan bakar dengan sumber arus alternator dan dengan pengurangan resistansi terjadi perbaikan unjuk kerja dimana semakin tinggi besar kuat medan magnet yang digunakan, semakin baik pula perbaikannya jika dibandingkan kondisi standart (tanpa magnetisasi). Dengan pemakaian variasi B2 resistansi 700 ohm terjadi kenaikan torsi, daya dan Bmep masing masing sebesar 14,94 %, 15,82 %, 14,94 %. Untuk Sfc mengalami penurunan sebesar 21,71 % sehingga terjadi kenaikan effisiensi thermis sebesar 27,65 %. Dengan pemakaian variasi B1 resistansi 900 ohm terjadi kenaikan torsi, daya dan Bmep masing masing sebesar 10,20 %, 11,44 %, 10,20%. Untuk Sfc mengalami penurunan sebesar 15,46 % sehingga terjadi kenaikan effisiensi thermis sebesar 18,40 % Dengan pemakaian variasi B0 resistansi 500 ohm terjadi kenaikan torsi, daya dan Bmep masing masing sebesar 25,83 %, 26,12 %, 25,83 %. Untuk Sfc mengalami penurunan sebesar 28,98 % sehingga terjadi kenaikan effisiensi thermis sebesar 40,736 %. 3. Dengan menggunakan variasi kuat medan magnet dengan sumber arus dari alternator, maka dapat disimpulkan terjadi perbaikan dari unjuk kerja bilamana dibandingkan dengan kondisi engine standart. Untuk perbaikan unjuk kerja dengan penambahan kuat medan magnet dan
37
pengurangan resistansi akan mengalami tren kenaikkan ,sehingga pada saatnya didapatkan nilai batas maksimal dari kenaikan unjuk kerja yang terjadi 4. Dengan penggunaan efek kuat medan magnet pada aliran bahan bakar terjadi pengurangan emisi gas buang dimana semakin tinggi besar kuat medan magnet yang digunakan, semakin baik rendah pula kandungan emisi gas buang dibandingkan kondisi standart (tanpa memberikan magnet) Dengan pemakaian variasi B2 resistansi 700 ohm terjadi penurunan kandungan emisi gas buang. Untuk emisi HC dan CO masing – masing mengalami penurunan sebesar 19,36 % dan 49,09%. Dengan pemakaian variasi B1 resistansi 900 ohm terjadi penurunan kandungan emisi gas buang. Untuk emisi HC dan CO masing – masing mengalami penurunan sebesar 17,50 % dan 52,08 %. Dengan pemakaian variasi B0 resistansi 900 ohm terjadi penurunan kandungan emisi gas buang. Untuk emisi HC dan CO masing – masing mengalami penurunan sebesar 19,89 % dan 76,08 %. 5. Temperatur mesin (head silinder) dan exhaust pada pemakaian variasi kuat medan magnet mengalami kenaikan dibandingkan kondisi standart Secara umum, dengan penambahan besar kuat medan magnet terjadi pembakaran yang lebih sempurna. Dengan komposisi tersebut proses pembakaran diruang bakar terjadi dengan cepat, sehingga energi yang terkandung dalam bahan bakar dapat terlepas dengan lebih sempurna, dibandingkan ketika kondisi standart.
38
Halaman ini sengaja dikosongkan
BAB III METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini akan dilakukan dengan menggunakan tiga tahapan yaitu tahap perancangan induksi magnet, tahap pengujian medan magnet, dan tahap pengujian unjuk kerja. Penelitian dilakukan pada Mesin Sinjai dua silinder empat langkah dengan kapasitas 650 cc dengan variable speed dan memvariasikan besar kuat medan magnet pada aliran bahan bakar mengikuti putaran engine. Proses perancangan dan pengujian unjuk kerja mesin akan dilakukan di Laboratorium Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar (TPBB), jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Novembaer (ITS) Surabaya, sedangkan untuk pengujian Fourier Transform Infrared dan pengujian kuat medan magnet akan dilakukan di Laboratorium yang akan disebutkan pada sub-bab dibawah. Hasil yang diharapkan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan besar kuat medan magnet mengikuti putaran engine serta unjuk kerja mesin terbaik yang dinyatakan dalam : Torsi, Daya, Tekanan Efektif rata-rata, Konsumsi bahan bakar spesifik, Efisiensi thermal, Efisiensi volumetric, AFR dan Emisi gas buang. Penelitian ini akan dibagi menjadi 2 kelompok, yaitu : Penelitian ini akan dibagi menjadi 2 kelompok, yaitu : 1. Kelompok kontrol ialah, mesin bensin standar yang menggunakan bahan bakar pertalite tanpa memberikan medan magnet pada aliran bahan bakar. 2. Kelompok uji ialah, mesin bensin berbahan bakar pertalite yang dimodifikasi dengan pemberian kuat medan magnet pada aliran bahan bakar. 3.1
Perancangan Induksi magnet
Perancangan induksi magnet ini dilakukann dengan langkah awal menentukan diameter inti besi sejumlah tiga buah inti besi yaitu 2cm, 3cm, dan 4,5cm. Berikut akan dijelaskan langkahlangkah perancangan induksi magnet. 39
40 1. Mempersiapkan bahan dan peralatan yang dibutuhkan meliputi pipa baja karbon dengan variasi diameter, keawat tembaga, dan isolasi kertas.
(a)
(b)
Gambar 3.1 (a)baja karbon (b)kawat tembaga 2. Menentukan jarak panjang area yang terkena lilitan sepanjang 9 cm dengan panjang baja karbon 10 cm 3. Menentukan jumlah lilitan sejumlah 1500 lilitan pada masing-masing inti besi. 4. Melilitkan kawat tembaga pada masing-masing inti besi sejumlah 1500 lilitan 5. Merekatkan lilitan dengan isolasi kertas di ujung lilitan pada masing-masing inti besi, dan tidak lupa memberikan kawat tembaga lebih yang tidak dililitkan pada masing – masing ujung inti besi sebagai pemberian sumber litrik.
(a)
(b)
41
(c) Gambar 3.2 (a) instrument induksi magnet 1 (b) instrumen induksi 2 (c) instrument induksi 3 3.1.1 Flowchart Perancangan Induksi Magnet START
-
instrumen1 2 cm, instrumen2 3 cm instrumen3 4,5 cm kawat tembaga
Lilitkan kawat tembaga sejumlah 1500 pada masing-masing inti besi
END
3.2
Pengujian Kuat Medan magnet Pengujian ini akan dilakukan di Laboratorium Intrumentasi Pengukuran Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS) dengan memodelkan keadaan real tegangan output dari alternator (DCV). Tegangan yang diujikan untuk kuat medan magnet adalah 10 – 25 V. 3.2.1 Peralatan Uji kuat medan magnet Laboratorium Instrumentasi ini menyediakan kebutuhan pengujian yang akan dilakukan serta instruktur penggunaan alat, adapun alat-alat yang digunakan 1) Instrumen medan magnet
42 Instrumen medan magnet menggunakan tiga magnet buatan : Instrumen 1 = lilitan 1500, diameter 2cm Instrumen 2 = lilitan 1500, diameter 3cm Instrumen 3 = lilitan 1500, diameter 4,5cm 2) Power Supply Power Supply digunakan untuk memberikan tegangan input (DCV) dengan interval tegangan 10-25 V pada instrumen medan magnet sesuai dengan tegangan (DCV) yang dihasilkan alternator berdasarkan putaran mesin. Hal ini dikarenakan tidak di mungkinkannya untuk membawa engine SINJAI ke Laboratorium Instrumentasi Pengukuran Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS).
Gambar 3.3 Power Supply GWINSTEK PSS-3203 3) Ampere meter Ampere meter digunakan untuk mengukur besar arus yang mengalir pada rangkaian instrumentasi medan magnet. 4) Gauss meter Gaus meter digunakan untuk mengukur besar medan magnet dalam satuan gauss. Berikut ini adalah skema pengujian dan pengukuran alat kuat medan magnet pada instrument medan magnet :
Gambar 3.4 Gauss Meter
43
DC Power Supply
+
-
Aliran Materi Aliran Informasi
Ampere meter
Induksi magnet
Gauss meter
Gambar 3.5 Skema Pengujian dan Pengukuran Alat Kuat MedanMagnet 3.2.2 Pengujian dan Optimasi Kuat Medan Magnet Magnet dirancang dengan menggunakan inti besi berbentuk silinder berlubang (pipe) yang dililitkan kawat tembaga pada bagian selimut silinder dengan ukuran tertentu dan berdiameter tertentu sesuai dengan literatur yang ada. Perancangan menggunakan inti besi magnet masing-maing memiliki diameter 2cm, 3cm, dan 4,5cm dengan jumlah lilitan sebesar yang sudah ditentukan. Pengukuran besar medan magnet pada besi menggunakan alat Gauss Meter YOKOGAWA TYPE 3251 dan power supply DCV menggunakan GW INSTEK PSS-3203. Adapun langkah-langkah merancang, mengoptimasi dan mengukur medan magnet tersebut adalah sebagai berikut: 1. Siapkan inti besi dengan diameter masing-masing tersebut diatas kemudian lilit setiap inti besi dengan kawat tembaga hingga jumlah lilitan yang sudah ditentukan. 2. Beri tanda pada setiap magnet untuk kawat + dan – kemudian ukur dan tandai pada kumparan lilitan menggunakan titik dengan jarak setiap titik 2cm. 3. Kaitkan kawat dengan arus plus (+) dengan penjapit pada DCV power supply plus (+) dan kawat dengan arus minus () dengan penjapit pada DCV power supply plus (-). 4. Atur masukan tegangan DC pada power supply sebesar 10V, kemudian tekan output bersamaan dengan mendekatkan
44 probe gauss meter ke titik yang telah diberi tanda seperti pada langkah ke 2. 5. Baca munculan gauss pada penunjuk jarum besaran gauss yang keluar kemudian tulis. 6. Pada titik yang sama beri jarak setiap 1cm sebesar 5cm dibagian diameter dalam untuk medan magnet ke arah sumbu y kemudian taruh probe baca lalu tulis data yang muncul. 7. Lanjutkan langkah 6 sampai pada titik ke 5 dengan setiap keluaran 10-25 V interval 5V sehingga magnet besi 1 sudah selesai diambil data. 8. Lakukan perlakuan yang sama pada besi 2 dan besi 3 sperti langkah diatas dengan keluaran yang sama pula sehingga didapatkan data pada masing-masing besi memiliki 25 titik dengan variasi keluaran 10-25 V interval 5V. Pada hasil tersebut menunjukkan bahwa nilai medan magnet yang paling besar dikeluarkan oleh instrumen 1 dengan diameter besi 2cm dan dengan input tegangan 25 volt. Berdasarkan pengujian diatas maka besi dengan diameter 2cm (instrumen 1) dipilih untuk digunakan dalam pengambilan data selanjutnya. Berikut adalah sketsa konstruksi peralatan medan magnet yang digunakan:
Gambar 3.6 Sketsa Konstruksi Peralatan Medan Magnet (dalam mm)
45 3.2.3 Flowchart Pengujian Kuat Medan Magnet START
- Bneda uji - DC power supplay - Voltmeter - Gauss meter -Ampere meter
Rangkai skema pengukuran, atur tegangan pada power supplay
Tegangan yang diberikan sesuai dengan data yang diambil berdasarkan putaran mesin
Pemberian tegangan dimulai dari 30 volt- 10 volt I = n -1 I =Instrumen n=3 V dikurangi dengan interval 5 volt Ambil data gauss dengan waktu tunggu minimum 1 menit
V ≤ 10 volt
yes
no
Instrumen medan magnet ≤ 3
END
no
46 3.3
Pengujian Fourier Transform Infrared (FTIR) Pengujian ini akan dilakukan di Laboratorium FTIR, SEM dan RDX Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS dengan pengujian standart (tanpa magnetisasi) dan pengujian dengan memberikan variasi kuat medan magnet berdasarkan kuat arus 1025 V interval 5V yang telah terlebih dahulu diukur besar kuat medan magnet dalam satuan gauss meter. Pengujian dilakukan dengan retensi waktu 1 menit untuk masing – masing sampel.
Sampel
Interfero meter
Detector
-
Monitor Komputer
Aliran Materi Aliran Informasi
NICOLET iS10
Gambar 3.7 Skema Pengujian FTIR 3.3.1 Peralatan Pengujian Fourier Transform Infrared (FTIR) Laboratorium FTIR, SEM dan RDX Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS ini menyediakan kebutuhan pengujian yang akan dilakukan serta instruktur penggunaan alat, adapun alat-alat yang akan digunakan serta yang perlu dipersiapkan: 1) Cairan Sample Teteskan sedikit cairan sampel (bebas air) yang akan diukur pada satu bagian pendeteksi pada alat. 2) NICOLET iS10 NICOLET iS10 digunakan untuk membaca gelombang spectrum penyerapan radiasi sampel.
47 3. 3. 2 Mengoprasikan NICOLET iS10 Pengoperasian alat ini akan dibimbing oleh instruktur Laboratorium FTIR, SEM dan RDX, berikut langkah-langkah yang akan dilakukan: 1) Klik ganda pada shortcut NICOLET iS10 2) Tunggu beberapa saat sampai keluar halaman utama software tersebut 3) Bersihkan tempat pentetesan sampel menggunakan tisu 4) Klik sample background dan tunggu sampai muncul spectrum awal kemudian pilih “NO” 5) Klik sample configuration dan langsung teteskan sample ketempat penetesan. 6) Tunggu sampai diperoleh grafik representasi dari spectra. 7) Kemudian beri nama spectrum tersebut kemudian Save As. 3. 3. 3 Cara membaca grafik Fourier Transform Infrared (FTIR) Di perlukan kejelian dan ketelitian dalam pembacaan hasil dari pengujian FTIR, berikut tata cara yang akan digunakan: 1) Tentukan sumbu X dan Y-sumbu dari identic47. X-sumbu dari identic47 IR diberi label sebagai “bilangan gelombang” dan jumlahnya berkisar dari 400 di paling kanan untuk 4.000 di paling kiri. X-sumbu menyediakan nomor penyerapan. Sumbu Y diberi label sebagai “transmitansi Persen” dan jumlahnya berkisar dari 0 pada bagian bawah dan 100 di atas. 2) Tentukan karakteristik puncak dalam identic47 IR. Semua identic47 inframerah mengandung banyak puncak. Selanjutnya melihat data daerah gugus fungsi yang diperlukan untuk membaca spectrum yang ditunjukkan pada gambar 3.3.
48
Gambar 3.8 Gugus fungsi FTIR 4
Tentukan daerah identic48 di mana puncak karakteristik ada. Spektrum IR dapat dipisahkan menjadi empat wilayah. Rentang wilayah pertama dari 4.000 ke 2.500. Rentang
49
5
6
7
8
wilayah kedua dari 2.500 sampai 2.000. Ketiga wilayah berkisar dari 2.000 sampai 1.500. Rentang wilayah keempat dari 1.500 ke 400. Tentukan kelompok fungsional diserap di wilayah pertama. Jika identic49 memiliki karakteristik puncak di kisaran 4.000 hingga 2.500, puncak sesuai dengan penyerapan yang disebabkan oleh NH, CH dan obligasi OH tunggal. Tentukan kelompok fungsional diserap di wilayah kedua. Jika identic49 memiliki karakteristik puncak di kisaran 2.500 hingga 2.000, puncak sesuai dengan penyerapan yang disebabkan oleh ikatan rangkap tiga. Tentukan kelompok fungsional diserap di wilayah ketiga. Jika identic49 memiliki karakteristik puncak di kisaran 2.000 sampai 1.500, puncak sesuai dengan penyerapan yang disebabkan oleh ikatan rangkap seperti C = O, C = N dan C = C. Bandingkan puncak di wilayah keempat ke puncak di wilayah keempat identic49 IR lain. Yang keempat dikenal sebagai daerah sidik jari dari identic49 IR dan mengandung sejumlah besar puncak serapan yang account untuk berbagai macam ikatan tunggal. Jika semua puncak dalam identic49 IR, termasuk yang di wilayah keempat, adalah identic dengan puncak identic49 lain, maka Anda dapat yakin bahwa dua senyawa adalah identic.
50 3.3.4. Flowchart Pengujian Fourier Transform Infrared (FTIR) START
- Bneda uji - DC power supplay - Voltmeter - FTIR
Rangkai skema pengukuran, atur tegangan pada power supplay
Tegangan yang diberikan sesuai dengan data yang diambil berdasarkan putaran mesin
Alirkan bensin poda alat instrumen 1
Teteskan sampel pada tempat penetesan
Uji FTIR
Kesimpulan Data
END
3.4 Pengujian Unjuk Kerja Pengujian akan dilakukan pada engine SINJAI 650 cc dengan putaran mesin bervariasi dan memodifikasi dengan pemberian kuat medan magnet pada aliran bahan bakar. Tempat pengujian serta peralatan uji akan dilakukan di Laboratorium Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar (TPBB), Jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya.
51 3.4.1 Peralatan yang Digunakan Pengujian ini akan dilakukan di Laboratorium Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar, jurusan Teknik Mesin FTI-ITS dengan variable speed dari 5000-2000 rpm. Berikut alat yang dipergunakan : 1) Mesin Sinjai Spesifikasi dasar engine SINJAY 650 cc yang akan menjadi acuan dalam proses penelitian, dan gambar mesin sinjai ditunjukkan pada gambar 3.9. Model : SINJAY LJ276MT-2 Jumlah silinder : 2 (Inline) Pendingin Mesin : Radiator (Coolant) Diameter x langkah : 76 x 71 mm Rasio kompresi : 9.0 : 1 Daya maksimum : 18 kW pada putaran 4500 rpm Torsi maksimum : 49 N.m pada putaran 2700 3300 rpm Kecepatan idle : 900 ± 50 rpm Volume langkah : 0.322 liter per silinder Arah Putaran : CCW(CounterClockwise)
Gambar 3.9 Mesin Sinjai
52
2) Instrument Medan Magnet Menggunakan instrumen buatan sendiri, dengan diameter 2 cm dan nilai R = 2.21 kΩ. Dipilihnya instrument medan magnet dengan diameter 2 cm sebagai instrumen pengujian ini karena nilai instrumen medan magnet dengan 2 cm dibanding dengan instrumen medan magnet yang lain jauh lebih besar. 3) Bahan bakar gasoline yang akan digunakan adalah jenis pertalite yang diproduksi oleh Pertamina dan dijual bebas dipasaran. 4) Alat Ukur Alat ukur adalah suatu peralatan yang sangat diperlukan didalam pengujian untuk mengetahui nilai pada parameterparameter yang akan dicari nilainya melalui pengukuran tersebut. Adapun alat ukur yang digunakan selama pengujian ini terdiri dari: Waterbrake Dynamometer Waterbrake dynamometer digunakan untuk membaca output torsi daripada engine di setiap putaran. Stop Watch Stop watch digunakan untuk menghitung waktu pemakaian bahan bakar pada saat proses pengujian pada setiap putaran engine. Tabung Ukur Bahan Bakar Pertalite Tabung ukur digunakan untuk menghitung kapasitas pemakaian 25 ml bahan bakar pertalite saat proses pengujian pada setiap putaran engine. Tachometer (strobotester) Tachometer digunakan untuk mengetahui putaran engine pada setiap pembebanan yang terjadi pada waterbrake dynamometer. Exhaust Gas Analyzer
53 Exhaust gas analyzer digunakan untuk mengukur kadar emisi gas buang, meliputi : CO,HC, CO 2, NOx, dan O2. Thermocouple Thermocouple digunakan untuk mengukur temperatur pada gas buang, temperatur udara masuk, temperatur engine, temperatur pendingin (radiator), dan temperatur minyak pelumas. Pitot Tube Pitot Tube digunakan untuk mengukur kecepatan laju alir massa udara pada intake manifold yang masuk menuju ruang bakar. 5) Peralatan bantu Peralatan bantu merupakan peralatan yang digunakan sebagai sarana pendukung dalam proses pelaksanaan pengujian eksperimen. Adapun peralatan bantu yang digunakan dalam pengujian ini antara lain: Blower Blower digunakan utuk membantu proses pendinginan mesin selama pengujian agar tidak terjadi overheating. Pompa air Pompa air digunakan untuk mengalirkan air menuju waterbreak dynamometer untuk menurunkan putaran engine sesuai dengan bukaan katup penyalur.
54 3.4.2 Skema Instalasi pengujian 15
Keterangan : 1. Radiator 8. Gas analyzer 2. Intake manifold 9. Muffler 3. Flow meter 10. Clutch 4. Measuring glass 11. Torsion meter 5. Fuel tank 12. Magnet 6. Instrument magnetic field 13. Water tank 7. Exhaust manifold 14. Fuel Pump 15. Alternator 15. Alternator T.1. Thermocouple cylinder head T.2. Thermocouple engine oil T.3. Thermocouple muffler T.4. Thermocouple radiator Gambar 3.10 Instalasi pengujian pada mesin sinjai 3.4.3 Prosedur Pengujian Pada penelitian ini, pengujian mesin SINJAY LJ276MT-2 dilakukan dengan menggunakan bahan bakar pertalite yang diproduksi oleh Pertamina. Pengujian dilakukan pada kondisi katup kupu-kupu terbuka penuh (full open throttle). Untuk
55 mendapatkan hasil pengujian yang tepat dan akurat, ada beberapa langkah yang harus dilakukan yaitu: A. Persiapan Pengujian 1. Melakukan pemeriksaan terhadap kondisi fisik engine, minyak pelumas, sistem pendingin, dan sistem pemasukan bahan bakar. 2. Memeriksa pemasangan instrument medan magnet yang terpasang berjarak 15 cm sebelum intake manifold. 3. Memeriksa kelistrikan sumber tegangan instrument medan magnet yang terpasang pada alternator. 4. Memeriksa kondisi air yang digunakan untuk pembebanan waterbrake dynamometer. 5. Pengecekan terhadap alat ukur yang akan digunakan. 6. Mempersiapkan alat tulis dan table untuk pengambilan data. B. Pengujian Engine pada Waterbrake Dynamometer Percobaan akan dilakukan pada putaran engine yang bervariasi mulai dari 5000 rpm hingga 2000 rpm. Pengaturan putaran mesin dilakukan melalui pembebanan waterbrake dynamometer yang dikopel dengan poros engine SINJAI dengan menggunakan air yang disirkulasikan. Berikut adalah langkah-langkah yang akan dilakukan: 1. Menghidupkan engine SINJAI pada putaran idle (± 1000 rpm) selama 10 menit untuk mencapai kondisi temperature kerja optimum. 2. Membuka katup kupu-kupu hingga terbuka penuh (full open throttle). Pada kondisi ini, engine akan berputar pada putaran maksimum. Selama putaran maksimum, beban air tidak dialirkan ke waterbrake dynamometer. 3. Beban air dialirkan ke waterbrake dynamometer hingga menyebabkan putaran engine turun.
56 4. Pengambilan data dilakukan ketika putaran engine stabil. Data yang diperoleh diantaranya, data putaran mesin (rpm), torsi (lbf.ft), waktu konsumsi bahan bakar (ml/second), emisi CO (% volume), emisi CO 2 (% volume), emisi HC (% volume), lambda (λ), temperatur gas buang (°C), temperatur mesin (°C) dan temperatur oli (°C). 5. Dilakukan pencatatan nilai sumber tegangan dari alternator yang meliputi arus (I) dan tegangan (V) disetiap putaran mesin. 6. Setelah pengambilan data selesai, beban yang dialirkan ditambah ke waterbrake dynamometer sehingga putaran mesin akan turun kembali. Putaran mesin yang diharapkan adalah 5000 rpm, 4500 rpm, 4000 rpm, 3500 rpm, 3000 rpm, 2500 rpm dan 2000 rpm dengan cara mengontrol aliran air yang melewati waterbrake dynamometer. 7. Pada setiap penurunan putaran engine dilakukan pengambilan data seperti pada point 4 (empat). Dan pengambilan data harus pada kondisi putaran engine yang stabil. 8. Lakukan kegiatan point 1 (satu) sampai 6 (enam) dengan menambahkan strument medan magnet. pengambilan data dengan pemasangan jarak 15 cm dari intake manifold. C. Akhir pengujian 1. Pengujian berakhir setelah semua data diperoleh dari hasil percobaan memvariasikan putaran mesin dari 2000 – 5000 rpm dengan instrument medan magnet Besi 2. 2. Setelah pengujian selesai, katup pembebanan air di waterbrake dynamometer diturunkan secara perlahan. 3. Putaran engine diturunkan hingga kondisi idle (± 950 rpm).
57 4. Pada kondisi idle, engine dibiarkan hidup sekitar lima menit sebelum dimatikan. 5. Blower dihidupkan untuk mempercepat pendinginan engine. 3.4.4 Rancangan Eksperimen Pada penelitian ini ditetapkan beberapa parameter input dan output sehingga hasil dari penelitian diharapkan sesuai dengan yang diharapkan. Adapun beberapa rancangan penelitian akan disajikan dalam tabel berikut : Tabel 3.1 Parameter Input dan Output Eksperimen
Konstan - Set mesin bensin 2 silinder 650 cc
Parameter Input Bervariasi - Putaran Mesin : 2000 s.d 5000 rpm, interval 500 rpm
- Volume Premium (15 ml) - Bukaan katup full open throutle - instrument medan magnet 1
- Besar kuat medan magnet dengan kenaikan mengikuti putaran mesin dengan interval 500 dari 2000-5000 rpm
Parameter Output Diukur Dihitung - Waktu konsumsi - Torsi bahan bakar 15 (Nm) ml premium - Torsi (Lbf.ft) - bhp - Suhu pada Thead, - Bmep Tradiator Toli, Tgas buang - Emisi Gas buang - Sfc (CO, HC) - Voltage, Arus -ɳ Thermal - Presentase (%) transmitansi -ɳ pengujian FTIR Volumetr is
- Afr
58 3. 4. 5 Flowchart Pengujian Eksperimental ST ART
Kajian variasi kuat medan magnet pada aliran bahan bakar terhadap unjuk kerja dan emisi mesin sinjai 2 silinder 650 CC
Persiapan penelitian
Kalibrasi alar ukur sesuai dengan spesifikasi
Pengujian dengan kondisi standart
N=5000 N; putaran engine N= N-500 Pengaturan beban
Pengambilan data
Data: 1. Torsi 2. putaran poros waterbrake dynamometer 3. waktu konsumsi bahan bakar 15 ml 4. Tekshaust, T oli, T mesin (head) 5. Nilai emisi gas buang
tidak
N <2000 ya
Perhitungan unjuk kerja dan pembuatan grafik
Pemasangan kuat medan magnet
A
Literatur textbook, jurnal, internet dan tugas akhir
59
A
Alat medan magnet I = Instrumen 1
N = 5000 rpm N ; putaran engine
N= N-500
Pengaturan beban
Pengambilan data
Data: 1. Torsi 2. Putaran poros waterbrake dynamometer 3. Waktu konsumsi bahan bakar 15 ml 4. T ekshaust, T oli, T mesin (head) 5. Nilai emisi gas buang
N<2000
tidak
Ya Perhitungan unjuk kerja dan pembuatan grafik
Analisa grafik
Kesimpulan
END
60
Halaman ini sengaja dikosongkan
BAB IV ANALISA DATA DAN PERHITUNGAN 4. 1 Pemilihan Instrumen Induksi Magnet Berdasarkan metode pengujian besar induksi medan magnet dengan karakteristik instrumen induksi magnet yang berbeda serta pemberian tegangan yang bervariasi bertujuan untuk mengetahui nilai gauss pada masing-masing instrumen induksi magnet. Pada masing – masing instrumen induksi magnet memiliki kontruksi inti besi diameter luar dan diameter dalam yang berbeda dengan ketebalan yang sama yaitu 10 mm pada masing – masing inti besi. Inti besi yang digunakan adalah baja karbon sedangkan untuk jumlah lilitan kawat tembaga pada setiap instrumen induksi magnet berjumlah sama yaitu 1500 lilitan dengan diameter kawat tembaga 0,3mm. Berikut adalah hasil pengukuran gauss instrumen induksi magnet pada tabel 4.1. Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Besar Gauss Instrumen Induksi Magnet Gauss Tegangan
10 V 15 V 20 V 25 V
Instrumen induksi magnet 1 405 420 440 470
Instrumen induksi magnet 2 380 400 420 440
Instrumen induksi magnet 3 360 390 415 430
Setelah melakukan pengujian besar induksi magnet terhadap instrumen induksi magnet dengan kontruksi yang berbeda-beda, dipilihlah instrumen induksi magnet 1 untuk pengujian selanjutnya. Dipilihnya instrumen induksi magnet 1 dikarenakan memiliki nilai gauss yang paling besar pada setiap 61
62 tegangan yang diberikan diantara instrumen induksi magnet 2 dan 3. Berikut hasil pengujian instrumen medan magnet dapat dilihat pada tabel 4.2. Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Besar Gauss Instrumen induksi magnet 1 Instrumen induksi magnet 1 volt 10 15 20 25
Gauss 405 420 455 470
Sumber listrik yang digunakan sebagai bangkitan instrumen induksi magnet didapat dari alternator dan listrik yang dihasilkan adalah listrik DC. Lalu Besar tegangan listrik yang dihasilkan dari alternator diukur berdasarkan variasi kenaikan putaran mesin dari 2000 – 5000 rpm dengan interval 500 rpm. Karena mengikuti putaran mesin maka listrik yang dihasilkan dari alternator juga meningkat seiring dengan kenaikan putaran mesin. Berikut hasil pengukuran tegangan listrik alternator yang mengikuti putaran,mesin dapat dilihat pada tabel 4.3. Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Besar Tegangan Alternator
RPM 1000 1500 2000 2500 3000
Pengukuran Alternator Voltase Resistansi Arus Volt Ohm Ampere 5 4.17 1.2 8.7 5.44 1.6 11.1 5.55 2 14.3 5.72 2.5 17.5 6.25 2.8
63 3500 4000 4500 5000
18.8 21.1 23.5 26
5.88 6.03 6.18 6.5
3.2 3.5 3.8 4
4.2 Analisa pengaruh magnet pada ikatan Hidrokarbon dengan pengujian FTIR Secara sederhana, bensin tersusun dari hidrokarbon rantai lurus, mulai dari C7 (heptana) sampai dengan C11. Dengan kata lain, bensin terbuat dari molekul yang hanya terdiri dari hidrogen dan karbon yang terikat antara satu dengan yang lainnya sehingga membentuk rantai. Pada gambar 4.1 ditunjukkan bentuk molekular bensin secara umum C8H18.
Gambar 4.1 Animasi struktur molekul bensin (C8H18) Molekul hidrokarbon cenderung untuk saling tertarik satu sama lain, membentuk molekul-molekul yang bergerombol (clustering), ikatan ini merupakan bentuk dari ikatan momen spin elektron berpasangan sebagai akibat ikatan C-H seperti pada gambar 4.2.
Gambar 4.2 Animasi molekul hidrokarbon yang bergerombol.
64 Selain tertarik dan membentuk gerombolan,Atom-atom molekul ikatan hidrokarbon selalu mengalami vibrasi (getaran atom dalam molekul). Jadi dari inilah dasar metode pengujian FTIR (fourier Transform infra red) dilakukan. Sehingga kita bisa melihat, mengamati bentuk pola gugus serapan radiasi infra merah dari molekul tersebut dan juga bisa menjelaskan karakteristik dari molekular yang telah dimagnetisasi dengan variasi kuat medan magnet. Spektrum inframerah dihasilkan dari pentrasmisian cahaya yang melewati sampel, pengukuran intensitas cahaya dengan detektor dan dibandingkan dengan intensitas tanpa sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Spektrum inframerah yang diperoleh kemudian di plot sebagai intensitas fungsi energi, panjang gelombang (𝜇m) atau bilangan gelombang(cm -1). Untuk pengujian FTIR, SEM dan RDX jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI- ITS dengan menggunakan beberapa sampel yakni 1. Sampel pertalite murni (tanpa pemberian medan magnet) 2. Sampel pertalite murni dengan magnetisasi dengan instrumen kuat medan magnet bangkitan power supply. 4.2.1 Analisa Untuk Sampel Pertalite (tanpa pemberian induksi magnet) Bensin merupakan senyawa yang tersusun dari rantai hidrokarbon mulai dari C7 sampai dengan C11 yang dapat mempunyai susunan rantai lurus maupun aromatik. Salah satu rumus kimia bensin digambarkan pada gambar 4.3 sebagai berikut:
Gambar 4.3 Rumus kimia heptana (C7H16) Dalam penelitian ini, lebih berfokus pada gugus alkana daripada gugus aromatik karena pada gugus alkana rantai C nya hanya berisi ikatan-ikatan tunggal saja. Reaksi terpenting dari
65 alkana adalah reaksi pembakaran, substitusi, dan perengkngan (cracking). Pembakaran sempurna alkana menghasilkan gas CO2 dan uap air, sedangkan pembakaran tidak sempurna menghasilkan gas CO dan uap air, atau jelaga (partikel karbon). Perengkahan adalah pemutusan rantai karbon menjadi potongan-potongan yang lebih pendek. Perengkahan dapat terjadi bila alkana dipanaskan pada suhu dan tekanan tinggi tanpa oksigen. Sedangkan, senyawa aromatik adalah senyawa benzena yang mempunyai rumus molekul C6H6, dan termasuk dalam golongan senyawa hidrokarbon siklik karena memiliki gugus fungsi yang tertutup. Bila dibandingkan dengan senyawa hidrokarbon lain yang mengandung 6 buah atom karbon. senyawa aromatik derajat ketidakjenuhannya tinggi dan stabil bila berhadapan dengan pereaksi yang menyerang ikatan pi (π). Senyawa aromatik memiliki ikatan rangkap yang bergantian, ikatan rangkap pada benzena berbeda dengan ikatan rangkap pada alkana. Ikatan rangkap pada alkena dapat mengalami reaksi adisi, sedangkan ikatan rangkap pada benzena tidak dapat diadisi, tetapi benzena dapat bereaksi secara substitusi. Dari rumus tersebut kemungkinan–kemungkinan vibrasi yang dapat terjadi adalah uluran dan tekukan C–H dari gugus alkil atau alkana, sedangkan dari rumus aromatik memberikan kemungkinan uluran C=C cincin aromatik dan vibrasi dari gugus lain yang mungkin timbul. Dalam menganalisa spectrum inframerah dari sampel bensin, pembahasan yang pertama lakukan adalah pada kerangka karbon. Karena bensin tersusun atas rantai hidrokarbon sehingga dalam spektrum inframerah bensin akan muncul berbagai macam penyerapan yang ditimbulkan oleh adanya ikatan karbon. Dalam menentukan sifat-sifat dari kerangka karbon dalam molekul organik dengan spektroskopi inframerah perlu diperhatikan bahwa gugus aromatik sangat mudah dideteksi.
66
Gambar 4.4 Grafik hasil pengujian FTIR untuk sampel pertalite tanpa dimagnetisasi. Pada gambar 4.4 diatas menjelaskan tentang spektrum bensin hasil FTIR. Kerangka karbon dapat langsung dilihat pada daerah bilangan gelombang 3000 – 2700 cm-1 yang merupakan karakteristik penyerapan untuk gugus alkana dan alkil. Kedua serapan dalam gugus alifatik jenuh ditandai dengan serapan yang sangat kuat dan jarang menemui kesukaran dalam menentukan serapan-serapan tersebut. Kenampakan yang paling umum dari serapan C–H adalah munculnya tiga buah pita kuat dibawah 3000 cm-1. Pada gambar grafik spektrum di atas, ketiga pita tersebut adalah pada bilangan gelombang 2955,91 cm -1, 2923,80 cm-1 dan yang ketiga adalah 2870,99 cm-1dapat dilihat pada tabel 4.4. Tabel 4.4 Hubungan panjang gelombang dengan intensitas tanpa magnetisasi. no
panjang gelombang cm-1
1 2 3
2955,91 2923,80 2870,99
rata – rata
intensitas % 72,813 72,983 81,957 75,92
67
Pita dengan intensitas penyerapan paling kuat yaitu pada bilangan gelombang 2955,91 cm-1 disebabkan oleh adanya penyerapan dari gugus CH2. yaitu dari dari jenis uluran tak simetri CH2. Dalam cara tersebut dua buah ikatan C–H saling memanjang tidak bersamaan atau tidak sefase, sehingga mempunyai momen dipol listrik dan aktif dalam spektrum inframerah. Pita yang muncul pada bilangan gelombang 2923,80 cm-1 kemungkinan disebabkan oleh adanya penyerapan uluran tak simetris dari gugus metil (CH 3). Dalam cara tersebut dua buah ikatan C–H dari gugus metil memanjang secara bersamaan sedang yang ketiga memendek atau sebaliknya. Pita yang ketiga yang merupakan bagian dari C–Hstr muncul pada bilangan gelombang 2955,91 cm -1. Pita tersebut berasal dari penyerapan uluran simetri gugus metil (Vsim CH 3) seperti pada gambar 4.5.
Gambar 4.5 vibrasi ulur tak simetri dan vibrasi ulur simetri. Untuk mendukung kesimpulan-kesimpulan tersebut dapat ditinjau penyerapan - penyerapan yang disebabkan oleh adanya gugus alkil Adanya gugus alkil dapat dilihat dengan munculnya pita karakteristik yang sesuai dengan C–Hdef pada daerah bilangan gelombang 1500–1300 cm-1. Pada spektrum tersebut tampak adanya penyerapan yang tajam pada bilangan gelombang 1377,22 cm-1 yang menunjukkan adanya gugus metil dengan vibrasi tekukan simetri dari CH3 (δ sim CH3) yang terbagi dalam gugus-gugus (CH3)2=C dan (CH3)3–C.Adanya gugus metilen sebagai pendukung penyerapan pada bilangan gelombang 2923,80 cm -1 dapat dilihat dengan munculnya pita yang sangat tajam pada bilangan gelombang 1455,94 cm-1.Pita tersebut muncul akibat dari
68 penyerapan gugus CH2 dengan vibrasi tekukan simetri CH2 seperti pada gambar 4.6.
Gambar 4.6 vibrasi tekuk. Petunjuk yang lain yang dapat mendukung alasan tersebut adalah munculnya pita pada daerah bilangan gelombang 750–720 cm-1 yaitu tepatnya pada bilangan gelombang 727,82 cm-1 yang menunjukkan bahwa gugus alkil kemungkinan mengandung tiga gugus metilen yang berdekatan (-CH2 –CH2–CH2– CH2 ). Pita lemah pada bilangan gelombang di atas 3000 cm-1 menunjukkan adanya senyawa aromatik. Empat daerah dalam spektrum yang berkaitan dengan vibrasi aromatik yang dapat diketahui adalah C–Hstr, C–H def, C=Cstr dan gugus dari pita gabungan. Kedudukan serapan C–Hstr lemah dan muncul sebagai bagian kecil dari pita C–Hstr alkana yang lebih kuat. Pada spektrum di atas C–Hstr aromatik muncul pada bilangan gelombang 3026,39 cm-1. Kemungkinan vibrasi yang lain sebagai pendukung adanya senyawa aromatik adalah uluran C=C. Pada spektrum di atas pita uluran tersebut muncul pada bilangan gelombang 1738,78 cm -1 dan 1605,66 cm-1. Perbedaan penyerapan tersebut menunjukkan adanya substitusi pada senyawa aromatik. 4.2.2 Analisa Untuk sampel instrumen medan magnet dengan dimagnetisasi Power supply Pada pengujian selanjutnya dilakukan dengan memberikan perlakuan efek kuat medan magnet (magnetisasi) pada bahan bakar, yakni dengan insturmen medan magnet. Besar kuat medan magnet diberikan dengan mengalirkan arus bersumber dari power supply sesuai dengan besar tegangan yang dihasilkan oleh alternator yaitu 11,1 volt; 14,3 volt; 17,5 volt; 18,8 volt; 21,1 volt; 23,5 volt dan 26
69 volt. Pada pengujian dengan magnetisasi, bahan bakar premium dengan retensi waktu 1 menit tiap – tiap pemberian tegangan listrik. Pengujian selanjutnya didapatkan grafik penyerapan radiasi infra merah sebagai berikut:
(a)
(b)
70
(c)
(d)
71
(e)
(f)
72
(g) Gambar 4.7 Grafik hasil pengujian spekstroskopi infra merah sampel pertalite dengan dimagnetisasi kuat medan magnet, (a) 11,1 volt;(b) 14,3 volt;(c) 17,5 volt;(d) 18,8 volt;(e) 21,1 volt; (f) 23,5 volt dan (g) 26 volt. Dari gambar 4.7 diatas mereprensentasikan tidak ada perubahan struktur senyawa pada magnetisasi kuat medan magnet dengan sumber power supply pada bahan bakar, tapi senyawaan tersebut mengalami perubahan harga serapan atau transmisi radiasi pada strukturnya, yakni presentase transmittance radiasi infra merah terhadap senyawa tersebut.
73
Gambar 4.8 Grafik gabungan hasil pengujian spekstroskopi infra merah sampel pertalite yang dimagnetisasi kuat medan magnet. Pada gambar 4.8 dijelaskan hasil pengujian FTIR gabungan dengan bahan bakar pertalite yang dimagnetisasi. Menunjukkan semakin besar induksi medan magnet yang terjadi pada bahan bakar maka semakin menaikkan nilai penyerapan persentase transmittance pada sampel dibandingkan dengan kondisi non magnetisasi. Sehingga dapat dikaitkan dengan semakin besar nilai penyerapannya maka ionisasi bahan bakar dapat dengan mudah mengikat oksigen selama proses upaya pembakaran. Tabel 4.5 Hubungan panjang gelombang dengan intensitas dimagnetisasi induksi magnet
74 Pada tabel 4.5 di atas menjelaskan dengan pemberian kuat medan magnet secara rata-rata terjadi kenaikan penyerapan inframerah sebesar 0,511 pada 11,1volt; 1,99 pada 14,3volt; 2,26 pada 17,5volt; 2,46 pada 18,8volt; 3,03 pada 21,1volt; 3,046 pada 23,5volt; dan 3,28 pada 26 volt. Seperti penjelasan kondisi standart, kita lihat pada spektrum bensin tersebut kerangka karbon dapat langsung dilihat pada daerah bilangan gelombang 3000 – 2700 cm-1 yang merupakan karakteristik penyerapan untuk gugus alkana dan alkil. Ketika kondisi dimagnetisasi Untuk dari serapan C-H yakni muncul tiga buah pita kuat dibawah 3000– 2700 cm-1 seperti kondisi standart. Kenaikan besar pengujian FTIR di atas ini merupakan akibat dari penyerapan spekstroskopi infra merah dari bahan bakar minyak yang dimagnetisasi, molekul Senyawa pada bensin yang bergerombol, sedikit mempunyai celah (sempit) untuk bisa melakukan getaran. Bisa dikatakan molekul hidrokarbon sedikit mempunyai kebebasan getaran dalam melakukan aktivitasnya, ini bisa dilihat melalui spekstroskopi infra merah yang menunjukkan indeks harga transmittance atau serapan infra merah senyawa bensin tanpa adanya pemberian efek medan magnet relatif kecil. Karena prinsip kerja dari spekstroskopi infra merah yakni mendeteksi getaran yang dilakukan oleh molekul pada senyawa. Inilah sebabnya pembakaran bahan bakar antara molekul hidro karbon dan oksigen masih mengalami pembakaran yang kurang effisien dan masih banyak polutan gas buang yang terkandung seperti pada gambar 4.9.
Gambar 4.9 Ilustrasi oksigen sulit untuk berinteraksi dengan Molekul hidrokarbon
75 Memberikan efek medan magnet membuat senyawa bensin tidak mengalami perubahan struktur molekul namun pada bahan bakar akan menyebabkan rantai hidrokarbon yang tadinya bergerombol menjadi sedikit kehilangan kekuatan. Adanya efek medan magnet akan merenggangkan ikatan dari molekul hidrokarbon, sehingga molekul–molekul pada senyawa bensin yang tadinya sedikit memiliki ruang kebebasan dalam bergetar maka akan memperbesar atau lebih luas ruang bebas untuk molekul mengalami getaran dalam aktivitasnya. Dan ketika kondisi seperti itu diberikan spekstroskopi infra merah, maka radiasi infra merah akan mendeteksi getaran yang jauh lebih tinggi, sehingga nilai indeks serapan presentase transmittance jauh lebih tinggi dibandingkan kondisi bahan bakar tanpa pemberian kuat medan magnetyang dijelaskan pada gambar 410.
Gambar 4.10 ilustrasi molekul tanpa magnetisasi yang dilewati radiasi inframerah Karena energi ikatan tarik menarik molekul hidrokarbon ditentukan oleh frekuensi getaran molekul,Bahwa semakin tinggi serapan radiasi infra merah, maka semakin rendah energi ikatan tarik menarik molekul. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa gaya tarik molekul antara hidrokarbon menurun setelah dipengaruhi medan magnet. Inilah sebabnya mengapa indeks properti hidrokarbon, seperti viskositas yang dipengaruhi oleh gaya tarik molekul, mengalami penurunan setelah molekul hidrokarbon mengalir melalui kuat medan magnet. Dengan adanya pembangkitan efek kuat medan magnet yang lebih besar maka akan memberikan efek yang berbeda pula
76 dari sebelumnya. Kenaikan besar yang signifikan ini merupakan akibat dari penyerapan spekstroskopi infra merah dari bahan bakar minyak yang dimagnetisasi kuat medan magnet lebih besar. Secara rata – rata terjadi kenaikan secara signifikan untuk banyak titik. Dari hasil intensitas yang jauh lebih tinggi dibandingkan kondisi-kondisi pengujian sebelumnya, yakni kondisi tanpa pemberian efek kuat medan magnet maupun pemberian efek kuat medan magnet, menunjukkan bahwa radiasi spekstroskopi infra merah menyerap getaran dari molekul hidro karbon jauh lebih besar. Dengan pemberian kuat medan magnet lebih besar maka akan memberikan kekuatan efek jauh lebih besar untuk merenggangkan ikatan molekul hidrokarbon yang cenderung bergerombol (cluster). Besar kuat medan magnet yang lebih besar tetap membuat senyawa bensin tidak mengalami perubahan struktur molekul, namun pada bahan bakar akan menyebabkan rantai hidrokarbon yang tadinya bergerombol menjadi banyak kehilangan kekuatan dan menjadi lebih teratur. Adanya efek medan magnet akan merenggangkan ikatan dari molekul hidrokarbon, sehingga molekul – molekul pada senyawa bensin yang tadinya sedikit memiliki ruang kebebasan dalam bergetar maka akan memperbesar atau lebih luas ruang bebas untuk molekul mengalami getaran dalam aktivitasnya. Dan ketika kondisi seperti itu diberikan spekstroskopi infra merah, maka radiasi infra merah akan mendeteksi getaran yang jauh lebih tinggi, sehingga nilai indeks serapan presentase transmittance jauh lebih tinggi Kondisi seperti ini jika molekul hidrokarbon yang mengalami keteraturan dan ada ruang bebas, maka oksigen akan masuk untuk berinteraksi jauh lebih mudah, Dengan demikian jumlah campuran BBM dan O2 akan ideal, inilah sebabnya kenapa pemakaian efek kuat medan magnet pada aliran bahan bakar menyebabkan pembakaran lebih baik / effisien dan lebih mengurangi kadar polutan dalam gas buang seperti dijelaskan pada gambar 4.11.
77
Gambar 4.11 Animasi oksigen mudah untuk berinteraksi dengan Molekul 4.3 Perhitungan Unjuk Kerja Engine Tujuan dari perhitungan yang dilakukan ini adalah untuk mengetahui besar nilai dari setiap unjuk kerja, baik itu unjuk kerja dari mesin kondisi standart maupun dengan pemberian kuat medan magnet pada aliran bahan bakar. Contoh perhitungan unjuk kerja engine ini akan diambil data kondisi standart (tanpa pemberian instrumen kuat medan magnet) pada putaran mesin 2500 rpm dengan data awal seperti berikut: A. Torsi Dari hasil pengujian diperoleh nilai gaya pada lengan waterbrake pada putaran engine 2500 rpm adalah 9.7 kg dengan panjang lengan waterbrake 0.35 m. hasil yang didapat adalah sebagai berikut: m T = 9.7 kg × 9.81 2 × 0.35 m s T = 33.305 N. m B. Daya motor (bhp) bhp = 2π. n. T bhp = 2π × 41,67 rps × 33.305 N. m bhp = 8715 W = 8.715kW C. Tekanan efektif rata-rata (bmep) Untuk melakukan perhitungan tekanan efektif rata-rata diperlukan beberapa parameter dari karakteristik mesin. Adapun data data mesin dan perhitungan tekanan effektif rata rata adalah sebagai berikut: Data awal : Diameter Piston (D) = 76 mm
78
Panjang Langkah (l) = 71 mm Jumlah silinder (i) =2 z = 2 (motor 4 langkah) Putaran mesin = 2500 rpm = 41,67 rps Dari data diameter piston, dapat dicari luas permukaan piston (A) yaitu : π 3,14 A = × D2 = × (0,076 m)2 = 4,53. 10−3 m2 4 4 Rumus : bhp × z bmep = A×l×n×i 8715 Watt × 2 bmep = −3 2 4,53. 10 m × 0,071 m × 41,67 rps × 2 bmep = 650.3 kPa = 6.503 bar D. Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) Data Awal Waktu konsumsi bahan bakar = 16,26 s Dari data yang ada, dapat dihitung konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) dari engine. Rumus yang digunakan: ṁbb sfc = bhp Oleh karena itu perlu dihitung pula besarnya laju alir bensin ρbensin × Volume ṁbensin standart = waktu SGbensin × ρair × Volume ṁbensin standart = waktu kg 1m3 0,749 × 999 3 × 15cm3 × 6 3 m 10 cm ṁbensin standart = 16.26 s kg ṁbensin standart = 0,00069096 s kg 3600s
sfc =
0,00069096 s × 1jam 9,25 KW
= 0,285
kg KW.jam
E. Perhitungan Effisiensi Thermal Data awal :
= 285
g KW.jam
79 Bhp = 8715 Watt SGbensin = 0,72 Q bensin =43000
KJ kg
(diketahui energi kalor bahan bakar
bensin) ηth = ηth =
bhp x 100% (ṁbensin x Q bensin ) 8715Watt (0,000797
kg s
x 43000
kJ
)
x100%
kg
ηth = 29.33% F. Perhitungan Effisiensi Volumetris Efisiensi volumetris merupakan parameter yang mengindikasikan seberapa banyak jumlah udara yang masuk kedalam silinder saat langkah hisap. Efisiensi volumetris adalah parameter tanpa dimensi dan dapat diperolah dengan persamaan: 2ṁa ηv = ρa Vd N Dimana : kg ṁudara = massa udara masuk = 0,0167 kg m3
s
𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 = massa jenis udara = 1,1763 Vd = volume displacement = total piston x stroke x A piston = 2 x 0,071 m x 4,5342 x 10−3 𝑚2 Vd = 643,85 x 10−6 m3 n = putaran mesin = 58,33 rps kg 2 × 0.01056 s ηv = × 100% kg 1.1763 3 × 0.00064385 m3 × 41,67 rps m ηv = 66.98 %
80 4.4 Analisa unjuk kerja Unjuk kerja engine tidak sama untuk setiap putaran. Untuk itu, perlu diketahui karakteristik performa engine untuk tiap-tiap putaran. Selain itu, pengaruh pemberian intrument variasi kuat medan magnet pada aliran bahan bakar juga akan dijelaskan pada sub bab ini. Beberapa unjuk kerja engine yang terpenting diantaranya torsi, daya efektif (bhp), tekanan efektif rata-rata (bmep), konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) efisiensi volumetris dan efisiensi thermal (ηth). 4.4.1. Analisa Torsi (T) Dengan pemberian instrumen kuat medan magnet pada saluran aliran bahan bakar mengakibatkan perubahan torsi di setiap putaran mesin, hal ini dapat dilihat pada gambar 4.12
Torsi (N.m)
Uji Standard
instrumen medan magnet
42.5 37.5 32.5
27.5 1500
2500
3500
4500
5500
Putaran mesin (Rpm)
Gambar 4.12 Grafik Torsi fungsi Putaran Mesin dengan penambahan induksi magnet Pada gambar 4.12 menunjukkan bahwa grafik torsi fungsi putaran mesin dengan penambahan kuat medan magne didapat torsi maksimum tertinggi dihasilkan pada pemakaian instrumen kuat medan magnet yaitu sebesar 42,919N.m pada putaran engine 3500 rpm. Torsi maksimum terkecil dihasilkan oleh kondisi non magnetisasi sebesar 40,172 N.m pada putaran engine 3500 rpm.
81 Pada trendline grafik terlihat torsi cenderung naik seiring naiknya putaran mesin. Hal ini disebabkan karena turbulensi aliran yang masuk ke ruang bakar semakin naik, sehingga pencampuran bahan bakar dan oksigen lebih baik dan perambatan api yang semakin cepat. Torsi akan turun setelah mencapai putaran tertentu (putaran pada torsi maksimum). Hal ini disebabkan karena banyaknya kerugian-kerugian (losses) pada putaran tinggi, terutama kerugian akibat gesekan (friction losses). Jadi selain turbulensi hal lain yang berpengaruh dominan terhadap torsi adalah friction losses. Semakin tinggi putaran maka, kerugian gesekan akan semakin tinggi yang mengakibatkan torsi menurun. Pada putaran tinggi berarti siklus yang terjadi akan semakin banyak, sehingga temperatur didalam ruang bakar akan semakin tinggi yang menyebabkan kerugian akibat dissosiasi semakin besar. Pada rpm yang sama torsi semakin meningkat dengan pemberian kuat medan magnet dengan kenaikan sebesar 5,71 %. Kenaikan torsi ini dikarenakan adanya penambahan medan magnet dan dijelaskan sebagai berikut. Kuat medan magnet mengubah arah proton atau inti atom hidrokarbon dari bahan bakar yang tidak seragam (declustering) menjadi teratur, adanya perubahan arah proton atau inti atom maka pasti ada energi yang diserap bahan bakar tersebut untuk bergerak, sehingga bahan bakar tersebut menjadi tidak stabil serta reaktif dan berenergi lebih tinggi sehingga menjadikan pembakaran lebih sempurna. 4.4.2 Analisa Daya Efektif (Ne) Dengan pemberian instrumen kuat medan magnet pada saluran aliran bahan bakar mengakibatkan perubahan Daya di setiap putaran mesin, hal ini dapat dilihat pada gambar 4.13.
82
Daya (kW)
Uji standar 20 17.5 15 12.5 10 7.5 5 1500
2500
instrumen medan magnet
3500
4500
5500
Putaran mesin (Rpm)
Gambar 4.13 Grafik Daya fungsi Putaran Mesin dengan penambahan induksi magnet Pada gambar 4.13 menunjukkan bahwa grafik daya fungsi putaran mesin dengan penambahan medan magnet, daya maksimum tertinggi dihasilkan pada pemakaian instrumen kuat medan magnet dengan daya maksimum sebesar 16,962 kW pada putaran engine 4000 rpm. Torsi maksimum terkecil dihasilkan oleh kondisi non magnetisasi, dengan torsi maksimum sebesar 16,657 kW pada putaran engine 4500 rpm. Pada trendline grafik terlihat daya cenderung naik seiring naiknya putaran mesin. Hal ini disebabkan karena Besarnya daya efektif sebanding dengan torsi yang terjadi, karena hal ini berhubungan dengan pembebanan. Semakin besar pembebanan semakin besar torsi yang terjadi, dan daya efektif yang dihasilkan juga semakin besar pada putaran dan bukaan throttle yang sama. Secara teoritis daya efektif diperoleh dari hasil perkalian torsi dengan putaran mesin, sehingga dalam suatu pengujian daya maksimum belum tentu diperoleh pada saat torsi maksimum melainkan juga tergantung dari putaran mesin yang dihasilkan. Daya yang dihasilkan oleh suatu mesin tergantung pada kemampuan, kapasitas dan kecepatan mesin tersebut. Semakin besar ukuran silinder piston mesin maka semakin besar daya yang dihasilkan. Hal yang sama akan terjadi pada putaran mesin, dimana peningkatan putaran mesin akan menghasilkan daya yang lebih
83 besar. Pada daerah kecepatan sebelum daya maksimum tercapai maka dengan menggandakan kecepatan akan menggandakan pula daya yang dihasilkan. Pada rpm yang sama daya semakin meningkat dengan pemberian kuat medan magnet, daya yang dihasilkan semakin besar. Dengan variasi pengurangan resistansi daya semakin naik karena kuat medan magnet yang dihasilkan semakin besar dengan peningkatan sebesar 4,24 % dari unjuk kerja standar ke unjuk kerja dengan penambahan instrumen medan magnet . Dengan pemberian instrumen kuat medan magnet pada saluran aliran bahan bakar mengakibatkan perubahan daya di setiap putaran mesin, Ini disebabkan karena terjadinya pembakaran bahan bakar yang lebih sempurna ketika ikatan hidrokarbon ketika mengikat oksigen (O2) sehingga berimbas pada kenaikan torsi yang cenderung meningkatkan daya. Akibat dari torsi yang mengalami kenaikan maka daya yang ditimbulkan juga ikut naik yakni saat penambahan kuat medan magnet pada aliran bahan bakar. 4.4.3 Analisa Tekanan Efektif Rata – Rata (bmep) Dengan pemberian instrumen kuat medan magnet pada saluran aliran bahan bakar mengakibatkan perubahan tekanan efektf rata - rata di setiap putaran mesin, hal ini dapat dilihat pada gambar 4.14.
Bmep (Bar)
Uji Standar 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 1500
2500
instrumen medan magnet
3500
4500
5500
Putaran mesin (Rpm)
Gambar 4.14 Grafik Bmep fungsi Putaran Mesin dengan penambahan induksi magnet
84 Pada gambar 4.14 menunjukkan bahwa grafik bmep fungsi putaran mesin dengan penambahan kuat medan magnet, bmep maksimum tertinggi dihasilkan pada pemakaian instrumen kuat medan magnet dengan tekanan efektif rata-rata maksimum sebesar 8,380 Bar pada putaran engine 3500 rpm. Tekanan efektif rata-rata maksimum terkecil dihasilkan pada kondisi standart pada putaran 3500 rpm yakni sebesar sebesar 7,844 Bar. Pada trendline grafik terlihat Tekanan efektif rata-rata cenderung naik seiring naiknya putaran mesin. Hal ini terjadi karena Semakin meningkatnya Bmep mengindikasikan bahwa tenaga yang dihasilkan mesin pada langkahnya lebih besar. Torsi dari suatu mesin sangat dipengaruhi oleh Bmep yang bisa dihasilkan oleh mesin tersebut dan sebaliknya. Sehingga grafik bmep identik dengan grafik torsi. Pada rpm yang sama dengan pemberian kuat medan magnet Tekanan efektif rata-rata semakin meningkat, dengan peningkatan sebesar 6,38%. Analisa dan fenomena yang terjadi dalam proses pembakaran dalam hubungannya dengan bmep seperti analisa torsi, dimana denganan penambahan instrumen kuat medan magnet pada aliran bahan bakar terjadi kenaikan tekanan efektif rata – rata di semua variasi medan magnet, dimana semakin besar medan magnet yang digunakan semakin besar pula kenaikan tekanan efektif rata – ratanya. 4.4.4 Analisa Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc) Dengan pemberian instrumen kuat medan magnet pada saluran aliran bahan bakar mengakibatkan perubahan konsumsi bahan bakar spesifik di setiap putaran mesin, hal ini dapat dilihat pada gambar 4.15.
85
0.38
Uji Standard
instrumen medan magnet
Bsfc (Kg/kW.h)
0.35 0.33 0.30 0.28 0.25 0.23 1500
2500
3500
4500
5500
Putaran mesin (Rpm)
Gambar 4.15 Grafik Bsfc fungsi Putaran Mesin dengan penambahan induksi magnet Pada gambar 4.15 menunjukkan bahwa grafik bsfc fungsi putaran mesin dengan penambahan kuat medan magnet, bsfc minimum terendah dihasilkan pada pemakaian instrumen kuat medan magnet dengan SFC minimum sebesar 244 (g/kW.jam) pada putaran engine 3500 rpm. Pada trendline grafik terlihat Bsfc cenderung menurun seiring naiknya putaran mesin. Hal ini terjadi karena pada putaran rendah Sfc turun sampai batas minimum, kemudian naik lagi sampai putaran maksimum. Hal ini disebabkan karena pada awal putaran daya yang dihasilkan oleh mesin relatif rendah, yang disebabkan kecilnya turbulensi proses pencampuran. Sebagai akibat kecilnya kecepatan aliran campuran bahan bakar dan udara yang masuk ke ruang bakar. Seperti diketahui turbulensi aliran sangatlah penting dalam menghasilkan campuran yang baik, sehingga bisa meningkatkan energi yang dihasilkan dari hasil pembakaran. Pada putaran tinggi, meskipun turbulensi aliran bagus, akan tetapi kurangnya waktu yang tersedia untuk pembakaran mengakibatkan pembakaran yang terjadi kurang sempurna, maka dimungkinkan pembakaran yang terjadi tidak cukup cepat untuk membakar seluruh bahan bakar dalam ruang bakar atau dengan kata lain semakin banyak sisa bahan bakar yang belum terbakar dalam ruang bakar (unburnt fuel). Unburnt fuel inilah yang terbuang dan
86 tidak menjadi energi yang berguna, sehingga menyebabkan naiknya pemakaian bahan bakar spesifik, ditambah lagi tingginya losses yang terjadi pada putaran tinggi, maka akan menurunkan daya yang dihasilkan oleh mesin. Pada rpm yang sama dengan pemberian kuat medan magnet Bsfc semakin menurun, dengan rata – rata penurunan sebesar 8,48 %. Namun Secara rata-rata, dengan penambahan instrumen kuat medan magnet pada aliran bahan bakar Pertalite akan menurunkan SFC dibandingkan menggunakan kondisi standart (tanpa pemakaian instrumen kuat medan magnet). Hal ini dikarenakan penggunaan medan magnet pada saluran bahan bakar dapat meningkatkan kesempurnaan campuran bahan bakar, karena campuran bahan bakar yang terbakar dalam ruang bakar semakin sempurna ketika ikatan hidrokarbon lebih mudah untuk mengikat oksigen (O2) . Maka akan menyebabkan penurunan (unburnt fuel) dalam laju pengkonsumsian bahan bakar, sehingga dapat dikatakan mampu menghemat bahan bakar. 4.4.5 Analisa effisiensi Thermal (ηth) Dengan pemberian instrumen kuat medan magnet pada saluran aliran bahan bakar mengakibatkan perubahan effisiensi Thermal di setiap putaran mesin, hal ini dapat dilihat pada gambar 4.16.
Eff.Thermal (%)
Uji standard 36 34 32 30 28 26 24 22 1500
2500
instrumen medan magnet
3500
4500
5500
Putaran mesin (Rpm)
Gambar 4.16 Grafik effisiensi Thermal fungsi Putaran Mesin dengan penambahan induksi magnet
87 Pada gambar 4.16 menunjukkan bahwa grafik effisiensi Thermal fungsi putaran mesin dengan penambahan kuat medan magnet, effisiensi Thermal maksimum tertinggi dihasilkan pada pemakaian instrumen kuat medan magnet dengan effisiensi Thermal maksimum sebesar 34,367 % pada putaran engine 3500 rpm. effisiensi Thermal maksimum terkecil dihasilkan pada kondisi standart pada putaran 4000 rpm yakni sebesar sebesar 31,343 %. Pada trendline grafik terlihat effisiensi Thermal cenderung naik seiring naiknya putaran mesin. Grafik efisiensi thermal fungsi putaran engine memiliki tren grafik yang meningkat mulai dari putaran rendah hingga titik optimum, kemudian akan turun seiring dengan bertambahnya putaran mesin. Pada saat putaran rendah, maka pencampuran bahan bakar berlangsung kurang optimum, sehingga pembakaran yang terjadi kurang sempurna. Pada titik optimum turbulensi bahan bakar dan waktu pembakaran mencapai kondisi yang terbaik sehingga mendapatkan effisiensi yang tertinggi. Pada penambahan putaran engine yang terlalu tinggi justru turbulensi yang terjadi cukup besar sehingga pencampuran bahan bakar dan udara baik tetapi waktu terjadinya pembakaran sangat cepat sehingga bahan bakar banyak yang terbuang. Pada rpm yang sama dengan pemberian kuat medan magnet effisiensi Thermal semakin meningkat, dengan peningkatan sebesar 8,06 %. Apabila dibandingkan menggunakan kondisi standart, efisiensi thermal dengan penambahan kuat medan magnet mengalami tren kenaikan. Kenaikan effisiensi ini dikarenakan penggunaan medan magnet pada saluran bahan bakar dapat meningkatkan kesempurnaan campuran bahan bakar, karena campuran bahan bakar yang terbakar dalam ruang bakar semakin sempurna maka akan menyebabkan kenaikan effisiensi thermal dari engine. 4.4.6 Analisa effisiensi volumetris Dengan pemberian instrumen kuat medan magnet pada saluran aliran bahan bakar mengakibatkan perubahan effisiensi
88 volumetris di setiap putaran mesin, hal ini dapat dilihat pada gambar 4.17. Uji standard
instrumen medan magnet
75
Eff.Vol (%)
72 69 66 63 1500
2500
3500
Putaran mesin (Rpm)
4500
5500
Gambar 4.17 Grafik effisiensi volumetris fungsi Putaran Mesin penambahan induksi magnet Pada gambar 4.17 menunjukkan bahwa grafik effisiensi volumetric fungsi putaran mesin dengan penambahan kuat medan magnet, nilai maksimum efisiensi volumetris pada pemberian kuat medan magnet, sebesar 73,317 % pada putaran 3500 rpm sedangkan nilai terendah maksimum sebesar 72,635% sehingga terdapat kenaikan nilai efisiensi volumetris sebesar 0,51% secara rata- rata. Pada trendline grafik terlihat effisiensi volumetric cenderung naik seiring naiknya putaran mesin dari 2000 rpm hingga 5000 rpm. Hal ini terjadi karena Semakin banyak massa bahan bakar yang masuk, maka akan menurunkan jumlah udara yang terisap ke dalam ruang bakar, sehingga campuran akan menjadi semakin kaya pada putaran tertentu. Namun Pada rpm yang sama dengan pemberian kuat medan magnet effisiensi volumetric cenderung naik pula dengan kenaikan nilai efisiensi volumetris sebesar 0,51%. Saat menggunakan kuat medan magnet jumlah udara yang masuk ke ruang bakar cenderung dibutuhkan udara lebih banyak dari biasanya sehingga campuran udara dan bahan bakarnya menjadi miskin. Kondisi naiknya dan turunnya efficiency volumetric ini disebabkan karena pada putaran
89 rendah laju aliran udara bergerak lambat, selain itu pergerakan mekanisme engine juga terjadi secara lambat. Besarnya efficiency volumetric terhadap masing-masing variasi induksi medan magnet tidak mengalami kenaikkan yang secara significant karena laju alir udara cenderung hanya berubah sedikit lebih banyak, karena laju alir bahan bakar yang masuk ke silinder cenderung menurun. Sehingga hanya sedikit saja pengaruh terhadap efficiency volumetric. 4.4.7 Analisa Air Fuel Ratio Dengan pemberian instrumen kuat medan magnet pada saluran aliran bahan bakar mengakibatkan perubahan AFR di setiap putaran mesin, hal ini dapat dilihat pada gambar 4.18. 16
Uji Standard
instrumen medan magnet
AFR
15 14 13 1500
2500
3500
4500
5500
Putaran mesin (Rpm)
Gambar 4.18 Grafik AFR fungsi Putaran Mesin dengan penambahan induksi magnet Pada gambar 4.18 menunjukkan grafik AFR fungsi rpm. Dapat dilihat trendline pada seluruh grafik diatas bahwa AFR minimum terjadi pada saat engine kondisi standart. Sedangkan emisi maksimum dihasilkan oleh engine yang menggunakan instrument kuat medan magnet. Trendline AFR cenderung meningkat sampai dengan akhir putaran mesin yaitu 5000 rpm. Pada kondisi standar kondisi AFR berada pada kondisi campuran miskin dengan rata-rata AFR standar sebesar 13.993 Sedangkan nilai rata-rata AFR pada pengujian menggunakan induksi medan
90 magnet mendekati stoikiometri dibandingkan dengan kondisi standar ditunjukkan dengn nilai rata-rata AFR yitu 14,686. Kenaikan Air fuel ratio (afr) seiring dengan kenaikan putaran mesin dikarenakan perbandingan campuran udara dan bahan bakar yang masuk kedalam silinder. Dimana pada pemberian kuat medan magnet maka bahan bakar yang masuk ke ruang bakar semakin banyak dibanding dengan kondisi standar, dengan udara yang masuk yang cenderung konstan. Hal tersebut mengakibatkan naik nya nilai AFR, dan dapat dikatakan pembakaran nya lebih maksimal dengan nilai rata-rata AFR yang mendekati nilai stoikiometri dibandingkan kondisi standar yang bisa dikatakan kondisi campurannya miskin. Afr berperan penting terhadap proses pembakaran didalam ruang bakar. Pembakaran akan terjadi dengan baik apabila afr sesuai dengan nilai stokiometri. 4.5 Analisa Emisi Gas Buang Gas buang kendaraan bermotor menjadi masalah saat ini. Untuk itu, perlu diketahui pengaruh perbaikan performa engine akibat penambahan instrumen kuat medan magnet terhadap gas buang kendaraan. 4.5.1 Analisa Emisi Karbon Monoksida (CO) Uji standard
instrumen medan magnet
T Head(°C
90 85 80 75 70 65 1500
2500
3500
4500
5500
Putaran mesin (Rpm)
Gambar 4.19 Grafik emisi CO fungsi putaran mesin dengan penambahan induksi magnet Dari gambar grafik 4.19 dapat dilihat bahwa emisi CO tertinggi terjadi pada saat engine kondisi standart. Sedangkan emisi
91 terendah dihasilkan oleh engine yang menggunakan instrument kuat medan magnet. Dengan instrumen kuat medan magnet terhadap aliran bahan bakar dapat mengurangi kadar karbon monoksida (CO) yang dihasilkan oleh mesin. Hal ini dapat dijelaskan karena dengan penggunaan medan magnet maka bahan bakar akan menerima energi dari medan magnet sehingga bahan bakar tidak stabil (reaktif) dan berenergi lebih besar sehingga mudah terbakar. Maka pembakarannya bisa lebih sempurna dan CO yang dihasilkan lebih rendah bila dibandingkan dengan kondisi standart. Pada grafik emisi CO fungsi putaran engine memiliki tren grafik yang cenderung menurun mulai putaran engine rendah hingga mencapai titik optimum, pada titik optimum tersebut pasokan udara dalam campuran dalam komposisi yang sesuai, lalu CO akan cenderung naik kembali dengan semakin tingginya putaran engine. Adanya karbon monoksida (CO) pada gas buang diakibatkan oleh karena pembakaran yang terjadi di dalam ruang bakar tidak sempurna, yang disebabkan oleh kurangnya jumlah udara dalam campuran yang masuk kedalam ruang bakar atau bisa juga kurangnya waktu yang tersedia untuk menyelesaikan waktu pembakaran. Emisi karbon monoksida tinggi ketika idling, dan mencapai minimum ketika akselerasi dan pada kecepatan konstan. Penutupan trothle yang mana akan mereduksi suplai oksigen ke ruang bakar adalah faktor utama timbulnya karbon monoksida, sehingga perlambatan dari kecepatan tinggi akan menghasilkan CO yang tinggi pula pada gas buang kendaraan bermotor. Karbon monoksida juga sangat ditentukan oleh kualitas campuran, homogenitas dan perbandingan udara dan bahan bakar. Kurangnya oksigen dalam campuran akan mengakibatkan karbon bereaksi tidak sempurna, sehingga terbentuk CO.
92 4.5.2 Analisa Emisi Hidro karbon (HC) Uji standard
instrumen medan magnet
HC (PPM)
90 80 70
60 50 40 30 20 1500
2500
3500
4500
5500
Putaran mesin (Rpm)
Gambar 4.20 Grafik emisi HC fungsi putaran mesin dengan penambahan induksi magnet Dari gambar grafik 4.20 dapat dilihat bahwa emisi HC tertinggi terjadi pada saat engine kondisi standart. dengan penambahan instrumen kuat medan magnet terhadap aliran bahan bakar dapat mengurangi kadar emisi Hidro Karbon (HC) yang dihasilkan oleh mesin. Secara grafik trendline kadar emisi HC akan menurun seiring dengan meningkatnya putaran mesin diakibatkan ketika putaran bertambah tinggi maka homogenitas campuran udara dan bahan bakar akan semakin baik. Namun hal itu hanya terjadi hingga putaran tertentu. Bila putaran bertambah cepat lagi, maka waktu pembakaran akan semakin sempit sehingga kadar bahan bakar yang belum terbakar akan lebih besar lagi. Hidrokarbon yang tidak terbakar adalah akibat langsung dari ketidaksempurnaan pembakaran, yang erat kaitannya dengan mesin desain dan variabel operasi. Selama proses kompresi dan pembakaran kenaikan tekanan pada ruang bakar akan memaksa sejumlah gas untuk masuk ke celah-celah kecil dalam ruang bakar. Gas-gas ini akan keluar pada langkah ekspansi dan langkah buang
93 merupakan salah satu sumber hidrokarbon pada gas buang kendaraan. Sumber lainnya adalah lapisan oli pelumas yang menempel pada dinding piston atau silinder head. Lapisan oli ini bisa menyerap dan melepaskan kembali komponen hidrokarbon dalam campuran (sebelum dan sesudah pembakaran) sehingga memungkinkan sejumlah bahan bakar lolos ketika terjadinya pembakaran. 4.6 Analisa Temperatur 4.6.1 Temperatur head silinder (luar) Temperatur head diukur pada dinding head bagian luar. Pada engine ini menggunakan media pendingin udara paksa dan air, karena terdapat blower sebagai pembantu untuk mengalirkan udara ke dinding silinder luar dan juga radiator. Uji standard
instrumen medan magnet
T Head(°C
90 85 80 75 70 65 1500
2500
3500
4500
5500
Putaran mesin (Rpm)
Gambar 4.21 Grafik temperature silinder head fungsi putaran mesin dengan penambahan induksi magnet Pada gambar 4.21 grafik temperature engine (head) dengan berbagai variasi kuat medan magnet terlihat bahwa temperatur engine tertinggi terjadi pada penggunaan besar kuat medan magnet. Sedangkan temperatur terendah dihasilkan ketika engine menggunakan kondisi standart. Berdasarkan grafik temperatur engine terhadap putaran engine terlihat bahwa besarnya temperatur engine naik seiring
94 dengan naiknya putaran engine. Dengan naiknya putaran engine maka jumlah bahan bakar yang masuk ke ruang bakar semakin banyak, sehingga panas pembakaran yang dilepas ke dinding silinder juga semakin banyak, sehingga temperatur engine pun naik. Secara umum, dengan penambahan besar kuat medan magnet terjadi pembakaran yang lebih sempurna. Dengan komposisi tersebut proses pembakaran diruang bakar terjadi dengan cepat, sehingga energi yang terkandung dalam bahan bakar dapat terlepas dengan lebih sempurna, dibandingkan ketika kondisi standart. Hal ini dapat dijelaskan karena dengan penggunaan medan magnet, maka bahan bakar akan menerima energi dari medan magnet sehingga bahan bakar tidak stabil (reaktif) dan berenergi lebih besar sehingga mudah terbakar.
T exhaust(°C)
4.6.2 Temperature exhaust (knalpot) Temperatur knalpot diukur pada lubang exhaust menggunakan thermokopel. Secara umum grafik temperatur exhaust fungsi putaran engine menunjukkan semakin tinggi seiring dengan naiknya putaran engine.
400 375 350 325 300 275 250 225 1500
Uji standard
2500
instrumen medan magnet
3500
4500
5500
Putaran mesin (Rpm)
Gambar 4.22 Grafik T ekshaust fungsi Putaran Mesin dengan penambahan induksi magnet Pada gambar 4.22 grafik temperature exhaust dengan berbagai variasi kuat medan magnet terlihat bahwa temperatur
95 exhaust tertinggi terjadi pada kondisi standart. Sedangkan temperatur terendah dihasilkan ketika engine menggunakan penggunaan besar kuat medan magnet. Besarnya temperatur ekshaust yang ditunjukkan grafik terlihat bahwa temperatur knalpot naik sebanding dengan naiknya putaran engine. Dengan naiknya putaran engine maka jumlah bahan bakar yang masuk ke ruang bakar semakin banyak, sehingga panas pembakaran yang timbul di ruang bakar menjadi semakin besar, sehingga temperatur ekshaust juga naik. Temperatur ekshaust mengindikasikan kerugian-kerugian yang terjadi pada ruang bakar. Turunnya temperatur exhaust gas pada saat penggunaan induksi medan magnet dikarenakan semakin meningkatnya kualitas pembakaran, sehingga kalor yang berada pada bahan bakar bensin mampu diserap dengan baik oleh mesin untuk dijadikan tenaga. Kemudian panas sisa hasil pembakaran di buang melalui exhaust port dan berdasarkan hasil pengukuruan temperatur exhaust gas semakin menurun. Hal ini pun didukung dengan turunnya nilai HC.
𝑚 ̇ udara dan 𝑚 ̇ bahan bakar
4.7 Analisa Laju Aliran udara dan Laju Aliran bahan bakar Laju aliran bahan bakar dihitung dengan pengukuran waktu konsumsi bahan bakar habis setiap 15 ml dimasing – masing putaaran mesin, sedangkan untuk laju aliran udara juga diukur dengan alat ukur manometer v untuk mengetahui banyaknya udara yang masuk ke engine. Berikut dijelaskan pada gambar 4.23. 0.003
udara dan bahan bakar vs rpm (standar) 𝑚 ̇bahan bakar standar 𝑚 ̇udara standar
0.002 0.001 0 1500
2500
3500
4500
putaran mesin (rpm)
(a)
5500
96
𝑚 ̇ udara dan 𝑚 ̇ bahan bakar
udara dan bahan bakar vs rpm (pengujian ) 0.003
𝑚 ̇baha n bakar
0.002
𝑚 ̇udara
0.001 0 1500
2500
3500
4500
5500
putaran mesin (rpm)
(b) Gambar 4.23 (a) 𝐦̇bb dan 𝐦̇udara (standar) fungsi putaran mesin (b) 𝐦̇bb dan 𝐦̇udara (instrumen induksi magnet) fungsi putaran mesin Berdasarkan trendline grafik pada gambar 4.25 (a) dan (b), setiap kenaikan rpm pada ṁbb dan ṁudara juga mengalami kenaikan pada pengujian standar maupun dengan instrumen induksi magnet. Itu terjadi pada semua garis rpm dari 2000 hingga 5000 walaupun kenaikan trendline pada ṁbb tidak setinggi kenaikan trendline ṁudara dengan instrument induksi magnet maupun dengan pengujian standar . Karena tidak ada perubahan pada ṁudara standar dengan ṁudara pengujian, namun dari trendline ṁudara meningkat tajam seiring dengan kenaikan putaran mesin. Hal tersebut disebabkan karena kebutuhan ṁudara yang menyesuaikan putaran mesin dimana ketika pada kondisi putaran tinggi kebutuhan ṁudara juga tinggi karena semakin cepatnya kebutuhan proses pembakaran pada ruang bakar. Sedangkan kebutuhan ṁbbstandar dengan ṁbb pengujian mengalami penurunan yang sangat sedikit, hampir bisa dikatakan tidak ada perubahan. Namun dari trendline ṁbb dari keduanya mengalami kenaikan laju aliran bahan bakar seiring dengan putaran mesin, meskipun kenaikan yang terjadi tidak terlalu signifikan. Hal tersebut disebabkan oleh kebutuhan bahan bakar yang semakin meningkat seiring putaran mesin dan kebutuhan
97 tersebut telah diatur oleh sensor bahan bakar sehingga kebutuhan yang dibutuhkan sesuai dengan putaran mesin dan bahan
98
Halaman ini sengaja dikosongkan
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Beberapa kesimpulan yang bisa diambil dari penelitian ini adalah: 1. Dari pengujian FTIR bahwa Kenaikan paling besar untuk intensitas transmitansi (penyerapan radiasi infra merah) Pada panjang gelombang 3000 – 2700 cm-1 terjadi ketika sampel bensin dimagnetisasi pada setiap kenaikan putaran mesin . Pada penggunaan instrument induksi magnet terjadi kenaikan prosentase transmittance dibandingkan kondisi standar, dengan prosentase transmittance tertinggi sebesar 3,28 % diputaran mesin 5000 rpm dan tegangan 26 volt. Adanya kenaikan prosentase transmittance membuktikan bahwa seiring dengan meningkatnya nilai tegangan maka terjadi pula peningkatan pada intensitas penyerapan inframerah. 2. Dengan penggunaan efek kuat medan magnet pada aliran bahan bakar dengan sumber listrik alternator terjadi perbaikan unjuk kerja dimana semakin tinggi besar kuat medan magnet yang digunakan, semakin baik pula perbaikannya jika dibandingkan kondisi standart (tanpa magnetisasi). Dengan penambahan kuat medan magnet pada kondisi full open throttle terjadi kenaikan torsi, daya dan Bmep masing masing sebesar 5,71%, 4,24% , dan 6,38%.Untuk Sfc mengalami penurunan sebesar 8,48% sehingga terjadi kenaikan effisiensi thermis sebesar 8,06 %. 3. Dengan penggunaan efek kuat medan magnet pada aliran bahan bakar terjadi pengurangan emisi gas buang dimana semakin tinggi besar kuat medan magnet yang digunakan, semakin rendah pula kandungan emisi gas buang dibandingkan kondisi standart (tanpa memberikan
99
100 magnet). Dimana untuk emisi HC dan CO masing – masing mengalami penurunan sebesar 28,52% dan 8,89 %. 4. Temperatur mesin (head silinder) dan exhaust pada pemakaian variasi kuat medan magnet mengalami kenaikan dibandingkan kondisi standart Secara umum, dengan penambahan besar kuat medan magnet terjadi pembakaran yang lebih sempurna. Dengan komposisi tersebut proses pembakaran diruang bakar terjadi dengan cepat, sehingga energi yang terkandung dalam bahan bakar dapat terlepas dengan lebih sempurna, dibandingkan ketika kondisi standart. 5.2 Saran 1. Untuk penggunaan medan magnet pada bahan bakar dengan sumber alternator didapat perbaikan unjuk kerja mesin, Namun karena keterbatasan alat untuk mengetahui pengaruh penggunaan sumber listrik alternator pada mesin, efek penggunaan sumber arus alternator terhadap sistem kinerja engine belum dapat diketahui secara pasti. 2. Perlu dilakukan pengujian parameter yang lain seperti variasi jarak pemasangan, variasi retensi waktu pengujian FTIR, guna memperkuat hasil pengujian. 3. Perlu dilakukan pengujian lebih lanjut untuk unjuk kerja pada mesin diesel, guna memperkuat hasil pengujian.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
[2]
[3]
[4] [5] [6] [7] [8] [9]
Hamdhani, Mirza. (2016). Studi Eksperimental Variasi Kuat Medan Magnet Induksi Pada Aliran Bahan Bakar Terhadap Unjuk Kerja Mesin Sinjai 650 CC, Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin, Intitut Teknologi Sepuluh November, Surabaya. Permadi, G, P. (2016). Studi Eksperimental Pengaruh Kuat Medan Magnet Pada Aliran Bahan Bakar Terhadap Unjuk Kerja Dan Emisi Gas Buang Mesin Sinjai 2 Silinder 650 CC, Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin, Intitut Teknologi Sepuluh November, Surabaya. Syarifudin. (2013). Kajian Variasi Kuat Medan Magnet Pada Aliran Bahan Bakar Terhadap Unjuk Kerja dan Emisi Mesin SINJAI 3 Silinder 650 CC, Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin, Intitut Teknologi Sepuluh November, Surabaya. Istantyo. (2005). Pengaruh Medan Magnet Terhadap Molekul Hidrokarbon, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Setyawan, T, R. (2005). Studi pengaruh medan magnet pada aliran bahan bakar terhadap unjuk kerja mesin bensin, FTI, UK Petra, Surabaya. http://belajar.kemdiknas.go.id/file_storage/materi_pokok/M P_194/zip/MP_194.html. Chalid, M, saksono, N, Adiwar & Darsono, N. (2005). Studi Pengaruh Magnetisasi Dipol Terhadap KarakterisitikKerosin, Makara Teknologi, Vol.8 no1 Fernandez, benny R. (2011). Spekstroskopi Infra Merah (FT-IR) dan Sinar Tampak (UV- Vis), Progam Studi Kimia, Pasca Sarjana Universitas Andalas, Padang. Prasetya, A, B. (2007). Pengaruh Penambahan Single Medan Magnet Arah Radial Terhadap Bahan Bakar Terhadap Unjuk Kerja Motor Bensin 4 langkah, Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin, Institut
101
102
Teknologi Sepuluh November, Surabaya.
[10] http://artikel-teknologi.commacam-macam-generatorac (1 agustus 2016) [11] Pudjanarsa, Astu., Nursuhud, Djati. 2008. Mesin Konversi Energi. Yogyakarta: Penerbit Andi.
[12] Sungkono Kawano, D. 2014. Pencemaran Udara. Surabaya: ITS Press. [13] Ferdi Yuda. 2012. Pengaruh Kuat Medan Magnet Pada Saluran Bahan Bakar Dengan Variasi Tegangan Listrik Terhadap Unjuk Kerja Motor Bensin Empat Langkah. Jurusan Teknik Mesin ,Universitas Jember. [13] Nelson Saksono. 2005. Magnetizing Kerosene For Increasing Combustion Efficiency, Faculty of Engineering, University of Indonesia, Depok, Indonesia. [14] Ali S. Faris. 2012. Effects of Magnetic Field on Fuel Consumption and Exhaust Emissions in Two-Stroke Engine, Department of Physics, College of Education, Aliraqia University, Baghdad, Iraq
LAMPIRAN A Data Hasil Pengukuran Gauss dan Alternator Tabel A1.
Data Hasil Pengukuran Besar Gauss Instrumen Induksi Magnet Gauss
Tegangan
Instrumen induksi magnet 1
10 V 15 V 20 V 25 V
Instrumen induksi magnet 2
405 420 440 470
Tabel A2.
380 400 420 440
Data Hasil Pengukuran Alternator
Pengukuran Alternator
RPM
Voltase
Resistansi
Arus
Volt
Ohm
Ampere
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
Instrumen induksi magnet 3
5 8.7 11.1 14.3 17.5 18.8 21.1 23.5 26
4.17 5.44 5.55 5.72 6.25 5.88 6.03 6.18 6.5
1.2 1.6 2 2.5 2.8 3.2 3.5 3.8 4
360 390 415 430
LAMPIRAN B Data Hasil Pengukuran Unjuk Kerja Tabel B1. Data Hasil Pengukuran Standar
Tabel B2. Pengujian Dengan Instrumen Induksi Magnet
LAMPIRAN C Data Hasil Unjuk Kerja Eksperimen Engine SINJAI 650 cc Tabel C1.
Data Hasil Unjuk Kerja Eksperimen Engine SINJAI 650 cc Standar
Tabel C2.
Data Hasil Unjuk Kerja Eksperimen Engine SINJAI 650 cc dengan instrument induksi magnet 1
BIOGRAFI PENULIS
Penulis dilahirkan di Jember pada 19 Juli 1992, merupakan anak pertama dari 2 (dua) bersaudara. Penulis memulai pendidikan dasar di Al-Furqan Jember, melanjutkan studi menengah pertama di SMP Negeri 2 Jember, kemudian melanjutkan studi ke jenjang menengah kejuruan di SMA Negeri 4 jember, menyelesaikan pendidikan SMA pada tahun 2011. Pada Juli 2011, penulis melanjutkan studi ke perguruan tinggi di Institut Teknologi Sepuluh Nopember pada Fakultas Teknologi Industri, Program Studi D3 Teknik Mesin dan lulus pada September 2014. Pada September 2014, penulis melanjutkan studi Program Sarjana di Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya pada Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin. Penulis tertarik pada bidang studi Konversi Energi khususnya pada motor bakar, oleh karena itu penulis mendedikasikan Tugas Akhir pada bidang motor bakar agar bermanfaat bagi masyarakat khususnya bagi diri sediri. Dan penulis akan selalu berusaha supaya ilmu yang telah diperoleh dapat bermanfaat. Untuk mendapatkan informasi lebih lengkap dapat menghubungi penulis di
[email protected]
Halaman ini sengaja dikosongkan
