PROPOSAL SKRIPSI

Kaji Eksperimental Penggunaan Radiator Radial Dengan Pipa Berbentuk Airfoil NACA 0012 Dengan Fan Lengkung Belakang

Peneliti Utama :Nama: Alexander Yasimson

NIM : 11.11.113

JURUSAN TEKNIK MESIN S1FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANGOKTOBER 2014

HALAMAN PENGESAHAN1. Judul Skripsi:Kaji Eksperimental Penggunaan Radiator Radial Dengan Pipa Berbentuk Airfoil NACA 0012 Dengan Fan Lengkung Belakang.

2. Peneliti

a. Nama Lengkap:Alexander Yasimson

b. NIM:11.11.113

c. Jurusan:Teknik Mesin S1

d. Fakultas:Teknologi Industri

e. Alamat

f. E-mail :

:Jl. Bowling Tasikmadu Karangploso, Malangalexanderyasimson@gmail.com

3. Dosen Pembimbing

a. Nama:Ir. Drs. Eko Edi Susanto, MT

b. NIP:19570322 198211 1 001

4. Biaya Kegiatan Totala. Peneliti:Rp 2.135.000,-

5. Jangka Waktu Pelaksanaan:4 Bulan

Malang, 29 0ktober 2014

Menyetujui,Dosen Pembimbing

Ir. Drs. Eko Edi Susanto, MTNIP. 19570322 198211 1 001Peneliti,

Alexander YasimsonNIM. 11.11.113

Mengetahui,Ketua Jurusan Teknik Mesin S-1

Sibut, ST. MTNIP. Y. 1030300379

RINGKASAN

Cadangan energi bahan bakar minyak (BBM) semakin menipis sementara kebutuhannya terus mengalami peningkatan. Solusi alternatifnya adalah menggunakan bahan bakar gas berupa LPG (Liquid Petroleum Gas) yang merupakan gas bumi dengan cadangan cukup besar di Indonesia. Salah satu langkah nyata untuk meningkatkan penggunaan BBG adalah melalui pengkajian modifikasi motor bakar 4 Tak 99 cc, yang semula dirancang untuk motor bakar bensin menjadi motor bakar gas. Modifikasi yang akan dilakukan yakni menambahakan mixer venturi sebagai mekanisme pencampuran antara udara dan bahan bakar. Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan perbandingan unjuk kerja mesin dengan menggunakan bahan bakar bensin dan LPG. Unjuk kerja yang optimum dapat diperoleh dengan jumlah pencampuran udara dan bahan bakar (gas) yang tepat, sehingga pembakaran lebih sempurna. Oleh karena itu dirancang venturi mixer dengan jumlah inlet gas 8 buah, guna mendapat campuran udara yang lebih homogen, serta dengan penambahan gas injector sebagai penyuplai dan pengatur jumlah aliran gas ke venturi mixer. Diharapkan dengan perhitungan yang akurat dan ketepatan di dalam pembuatan, venturi mixer ini mampu meningkatkan unjuk kerja mesin dalam menghasilkan efesiensi mesin yang jauh lebih baik dibanding dengan motor bakar bensin.Kata kunci : Venturi Mixer, LPG, Injektor Gas, Unjuk Kerja Mesin, Campuran Udara.

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Sumber daya energi minyak bumi, gas alam, dan batu bara banyak tersedia dan sudah banyak dimanfaatkan di Indonesia. Bahan bakar gas selama ini hanya terserap pada sektor industri dan rumah tangga sedangkan utuk industri transportasi masih sangat minim. Menurut kepala Badan Geologi Kementerian ESDM, ketergantungan energy fosil masih didominasi oleh kebutuhan minyak yang mencapai 41,8 persen, disusul batu bara 29 persen dan gas 23 persen. Cadangan minyak hanya cukup untuk 23 tahun lagi, sementara cadangan gas masih masih cukup sampai 50 tahun kedepan dan batu bara cukup untuk 80 tahun mendatang. Ketersediaan energi fosil bersifat terbatas sehingga perlu adanya strategi untuk mengamankan pasokan energi fosil tersebut. Cadangan gas bumi relatif masih cukup besar dan biaya pengadaanya lebih murah dari BBM. Adapun cadangan minyak bumi di Indonesia semakin menipis, bahkan mulai tahun 2005 Indonesia telah mengimpor minyak bumi untuk memenuhi kebutuhan minyak dalam negeri(Subekti, dkk., 2010: 85). Hal tersebut sangat memberatkan pemerintah karena subsidi BBM yang ditanggung pemerintah menjadi lebih besar. Kebijakan Energi Nasional (KEN) sebagaimana tertuang dalam Peraturan Presiden RI Nomor 05 Tahun 2006 memberikan panduan diversifi kasi energi dengan mengembangkan energi alternatif. Upaya diversifikasi energi dengan mengoptimalkan sumber energi lain diantaranya adalah konversi minyak tanah ke LPG sebagai bahan bakar kompor masak rumah tangga, seperti yang telah dilakukan pemerintah. Program ini terbilang sukses, seiring dengan berkurangnya ketergantungan masyarakat terhadap minyak tanah. Berdasarkan hal ini, peluang untuk memanfaatkan gas sebagai energi alternatif cukup besar. Akan sangat memungkinkan apabila konversi bahan bakar minyak (BBM) ke bahan bakar gas (BBG) diberlakukan untuk sektor transportasi dan industri maka ketergantungan masyarakat terhadap bahan bakar minyak yaitu bensin dan solar dapat dikurangi. Semakin banyaknya peralatan peralatan dalam hal ini motor bakar yang semula mengonsumsi bahan bakar minyak dialihkan ke penggunaan bahan bakar gas akan mengurangi kelangkaan bahan bakar fosil serta meningkatkan cadangan bahan bakar minyak. Pengalihan ini tentunya memerlukan sejumlah modikasi pada komponen-komponen untuk mendukung mesin dalam menghasilkan kerja. Penggunaan bahan bakar gas pada motor bakar perlu menggunakan alat yang biasa disebut dengan konverter. Tipe konverter yang digunakan dalam penelitian ini adalah venturi mixer dengan 8 lubang nosel, juga dengan penambahan injektor gas sebgai pengatur jumlah gas yang masuk ke venturi. Penelitian oleh (K. Kadirgama et all, 2008) tentang pengaruh jumlah lubang 8, 10, dan 12 terhadap rasio pencampurannya. Hasil dari penelitian tersebut merekomendasikan jumlah lubang nosel 8 buah, dikarenakan jumlah ini menghasilkan campuran udara gas lebih homogen dan ramping sesuai jumlah putaran mesin, yang berpengaruh terhadap performa mesin. Penelitian sebelumya oleh (Tri Sulistyo, 2008) dilakukan untuk menganalisa pengaruh variasi jumlah lubang venturi terhadap berbagai parameter performa kendaraan bermotor meliputi horse power, torsi, air fuel ratio (AFR), fuel consumption serta kadar polutan dalam gas buang pada mesin sepeda motor Honda CB / 125 cc 4 langkah dengan metode uji jalan.Pada penelitian sebelumnya, pengujian hanya dilakukan pada sepeda motor dan metode yang dipakai ialah uji jalan dengan variasi jarak, sehingga penelitian selanjutnya perlu diaplikasikan pada motor bakar dengan variasi beban.

1.2 Rumusan MasalahSejumlah permasalahan yang mendorong kegiatan penelitian ini dilakukan adalah : Bagaimana konsep dari motor bakar 4 langkah serta parameter parameter pengukur prestasinya ? , serta apakah karakteristik dari LPG dapat menghasilkan prestasi mesin lebih baik dibanding BBM dan berapa rasio yang terbaik untuk pembakaran ? Bagaimana konsep dari venturi mixer serta pengaruh jumlah inlet gas 8 lubang terhadap performa motor bakar dan nilai ekonomisnya ? Apakah dengan memakai motor bakar dengan bahan bakar gas prestasi mesinnya lebih baik dibanding dengan dengan bahan bakar minyak ?

1.3 Batasan MasalahAdapun batasan-batasan masalah yang penulis tentukan agar penelitian ini bersifat terarah dan fokus pada bahasannya adalah : Pembahasan dilakukan pada hal-hal yang berkaitan dengan motor bensin 4 langkah dan sistem pengaplikasian gas LPG pada system bahan bakar untuk mengetahui tingkat konsumsi dan prestasi mesin. Parameter-parameter yang diamati saat penelitian hanyalah pada konsumsi bahan bakar dan parameter prestasi mesin berupa daya keluaran, torsi, dan air fuel ratio. Pengujian dilakukan dengan menggunakan motor bensin 4 langkah 3 HP yang dilengkapi dengan sistem saluran penambahan LPG dengan bahan bakar utama adala bahan bensin premium.

1.4 Tujuan PenelitianPenelitian ini dilakukan untuk melakukan perbandingan nilai prestasi motor bakar 3 HP / 99 cc 4 langkah yang meliputi horse power, torsi, air fuel ratio (AFR), serta fuel consumption yang dihasilkan antare mesin tanpa penambahan LPG dengan mesin yang menggunakan venturi mixer dalam mekanisme pencampuran LPG dan udara. Selain itu tujuan dari penelitian ini adalah untuk melihat konsistensi dari penelitian yang terdahulu dengan motor bakar serta metode pengujian yang berbeda. Penelitian dilakukan dengan variasi beban dan variasi bukaan katup regulator.

1.4 Sistematika PenulisanBAB I : PENDAHULUANTerdiri dari latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, serta sistematika penulisan.BAB II : DASAR TEORIPada bab ini dijelaskan tentang konsep motor bakar 4 langkah, parameter prestasi mesin, karakteristik bahan bakar cair LPG, serta penjelasan tentang rasio perbandingan udara bahan bakar gas.BAB III : METODOLOGI PENELITIANBab ini memaparkan urutan proses penelitian mulai dari persiapan perancangan alat uji, persiapan pengujian, tahap pengujian serta prosedur pengambilan data.BAB IV : PENGOLAHAN DAN PERHITUNGAN DATAPada bagian dijelaskan mengenai data hasil percobaan, perhitungan dan pengolahan dari data yang telah diambil dari pengujian. Hasil pengolahan akan ditampilkan dalam bentuk tabel. BAB V : ANALIS DAN PEMBAHASANAnalisis hasil pengujian yang disajikan adalah dalam bentuk tabel dan grafik.BAB VI : KESIMPULANBab ini berisikan kesimpulan yang didapat dari pengujian motor bakar 3 HP 99 cc 4 langkah yang telah dipasangkan venturi mixer .

BAB IIDASAR TEORI

2.1 Motor Bensin 4 Langkah Motor bensin 4 langkah menggunakan siklus Otto dan merupakan jenis motor pembakaran dalam (internal combustion engine) Pembakaran pada mesin SI(spark ignition) dimulai setelah penyalaan dari busi, loncatan bunga api terjadi sesaat setelah torak mencapai titik mati atas sewaktu langkah kompresi. Panas pembakaran pada TMA diubah dalam bentuk kerja dengan efisiensi yang tinggi. Efisiensi pembakaran yang tinggi akibat langkah kompresi juga dapat menurun akibat penyalaan yang terlalu cepat dan sebaliknya. Hal tersebut disebabkan rendahnya tekanan akibat pertambahan volume dan waktu penyebaran api yang terlalu lambat. Adapun siklus otto yang terjadi pada motor bensin 4 langkah adalah sebagai berikut :

(a)

(b)Gambar 2.1 Diagram Indikator tekanan motor Otto 4 langkahProses pembakaran pada motor 4 langkah digambarkan dengan grafik pada gambar 2.1 dan proses pembakaranya adalah sebagai berikut.A. Merupakan langkah hisap bahan bakar dimana piston mulai bergerakdari TDC (top death centre) menuju ke BDC (bottom death centre) dengan posisi katup hisap terbuka dan katup buang tertutup. Akibat dari langkah piston turun ini maka campuran bahan bakar dengan udara akan terhisap ke dalam ruang bakar.B. Merupakan langkah kompresi dimana piston bergerak keatas lagi menju TDC setelah melakukan langkah hisap dengan posisi katup hisap dan katup buang tertutup. Langkah ini akan menaikkan tekanan pada ruang bakar yang terisi campuran bahan bakar dengan udar menjadi naik.C. Merupakan proses pembakaran bahan bakar dimana proses ini terjadi sesaat sebelum akhir dari proses kompresi. Campuran bahan bakar dengan udara yang telah terkompresi mulai terbakar akibat percikan api yang ditimbulkan oleh busi terpasang di dinding silinder. Akibat proses pembakaran ini maka tekanan dan temperature di dalam ruang bakar menjadi naik tinggi.D. Merupakan langkah kerja dari engine dimana piston akan bergerak menuju titik mati bawak akibat dari tekanan yang di timbulkan proses pembakaran. Pada langkah ini posisi katup hisap dan katup buang masih dalam kondisi tertutup. Selama proses ekspansi ini tekanan dan temperature mulai turun.E. Merupakan langkah buang dimana pada akhir langkah kerja piston, katup buang terbuka dan katup hisap masih tertutup dan piston bergerak menuju TDC membuang gas pembakaran keluar dari silinder, kemudian piston turun kembali ke BDC untuk mengambil campuran udara bahan bakar yang baru melalui katup hisap. Sebagai catatan bahwa tekanan dalam silinder diatas tekanan lingkungan saat langkah buang dan berada dibawah tekanan lingkungan saat hisap.Siklus Siklus Otto ideal terdiri dari empat proses reversibel internal, yaitu proses 1-2 kompresi isentropik, proses 2-3 penambahan kalor pada volume tetap, proses 3-4 ekspansi isentropik, dan proses 4-1 pelepasan kalor pada volume tetap. Karena siklus Otto ideal ini merupakan sistem tertutup, maka ada beberapa asumsi yang digunakan yaitu (1) mengabaikan perubahan energi kinetik dan potensial, dan (2) tidak ada kerja yang timbul selama proses perpindahan kalor.Efisiensi termal siklus Otto ideal ini tergantung dari besarnya rasio kompresi mesin dan rasio kalor spesifik dari fluida kerjanya. Efisiensi siklus akan naik bila rasio kompresi dan rasio kalor spesifik semakin besar seperti pada diagram di bawah ini.

2.2 Perbandingan Bahan Bakar Bensin dan LPG2.2.1 Bahan Bakar BensinBensin merupakan suatu bahan bakar cair yang mudah disimpan dan mudah dipindahkan.Pada motor pembakaran sebelum masuk ke ruang bakar bensin diubah dalam bentuk kabut oleh karburator. Menurut Daryanto (1985: 32) bensin didapatkan dari hasil penyulingan minyak tanah yang kotor, dengan berat jenis dari 0,68 sampai 0,72 menguap seluruhnya antara 00 dan 1200. Bensin terdiri dari campuran beberapa hidrokarbon hasil sulingan dari produksi minyak mentah. Hidrokarbon paling dominan pada bensin adalah oktana (C8H18).KarakteristikSatuan Batasan

Tanpa TimbalBertimbal

MinMaxMinMax

Bilangan oktanRON88.0-88.0-

Kandungan sulfur% m/m-0,05 1)-0,05 1)

Kandungan timbalgr/1-0.013-0.3

Sulfur mercaptain% massa-0.002-0.002

Catatan kaki : batasan 0,05 % setara dengan 500 ppm

Perbandingan udara bahan bakar teoritis mempunyai peranan penting dalam memahami bagaimana campuran terbakar. Bila perbandingan satu campuran lebih rendah daripada perbandingan teoritis, campuran akan terlalu gemuk dan pembakaran akan menjadi kekurangan oksigen. Sebaliknya, bila perbandingan campuran lebih tinggi dari perbandingan teoritis campuran akan menjadi terlalu kurus dan oksigen dalam pembakaran terlalu banyak. Perbandingan udara bahan bakar teoritis ialah perbandingan udara terhadap bahan bakar untuk memperoleh pembakaran sempurna. Akan tetapi bensin yang digunakan dalam motor bukanlah oktana murni melainkan oktana dan campuran hidrokarbon lainnya.Oleh karena itu biasanya perbandingan teoritisnya antara 14,4 sampai 15,1. Perbandingan udara bahan bakar antara 14,4 sampai 15,1 banding 1 diperoleh dari perhitungan bahan bakar bensin yang mempunyai komposisi 85% karbon dan 15% hidrogen.Perbandingan udara bahan bakar 15,1 didapat dari persamaan pembakaran oktana yang mempunyai rumus kimia C8H18 yang dibakar dengan oksigen (O2). Bila sejumlah oktana terbakardengan sempurna akan menghasilkan energi, gas CO2 dan air, dengan perbandingan seperti yang ditunjukkan sebelah kanan tanda panah.

Massa atom relatif (Mr) dari oktana (C8H18) adalah 114 dan Mr dari oksigen adalah 32 maka setiap kilogram oktana membutuhkan oksigen sebanyak

Kadar oksigen dalam atmosfer adalah 23,2 % berat, maka udara yang dibutuhkan untuk membakar 1 kg oktana adalah :

Jadi rasio oktana dan udara secara teoritis antara 1 : 15,1

2.2.2 Bahan Bakar LPGMenurut Arends dan Berenschot (1980: 169) LPG adalah gas minyak tanah yang dicairkan. Bahan bakar LPG motor terdiri dari campuran propan dan butan. Apabila terjadi kebocoran pada udara yang tenang, gas akan dengan mudah tersebar secara perlahan. Untuk membantu pendeteksian kebocoran ke atmosfir, LPG ditambah bahan yang berbau yaitu pentana(C5H12). LPG yang dipasarkan oleh pertamina merupakan campuran antara 29,3 % propana, 69,7 % butana, dan 1 % pentana. Untuk mendapatkan rasio pembakaran secara teoritis dari komponen LPG dengan menggunakan perhitungan sebagai berikut : Propana

Massa atom relatif (Mr) dari propana adalah 44 dan Mr dari oksigen adalah 32 maka setiap kilogram propana membutuhkan oksigen sebanyak

Kadar oksigen dalam atmosfer adalah 23,2 % berat, maka udara yang dibutuhkan untuk membakar 1 kg propana adalah :

Butana

Massa atom relatif (Mr) dari butana adalah 58 dan Mr dari oksigen adalah 32 maka setiap kilogram butana membutuhkan oksigen sebanyak

Kadar oksigen dalam atmosfer adalah 23,2 % berat,maka udara yang dibutuhkan untuk membakar 1 kg butana adalah :

Pentana

Massa atom relatif (Mr) dari pentana adalah 72 dan Mr dari oksigen adalah 32 maka setiap kilogram pentana membutuhkan oksigen sebanyak

Kadar oksigen dalam atmosfer adalah 23,2 % berat, maka udara yang dibutuhkan untuk membakar 1 kg pentana adalah :

Jadi untuk membakar 1 kg LPG yang terdiri dari 29,3 % propana, 69,7 % butana, dan 1 % pentana dibutuhkan udara sebanyak := (29,3 % x jumlah udara untuk membakar 1 kg propane) + (69,7 % x jumlah udara untuk membakar 1 kg butana ) + (1 % x jumlah udara untuk membakar 1 kg pentana)

Jadi rasio udara-LPG secara teoritis adalah 1 : 15,52