STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH PENAMBAHAN COOLANT PADA RADIATOR TERHADAP UNJUK KERJA DAN EMISI GAS BUANG MESIN SINJAI BERBAHAN BAKAR

BI-FUEL ( PREMIUM - COMPRESSED NATURAL GAS (CNG) )

OLEH :DADANG HIDAYAT

( 2112 105 027 )

DOSEN PEMBIMBING :

Dr. Bambang Sudarmanta, ST., MT.

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2014

TUGAS AKHIR

LATAR BELAKANG

Keunggulan CNG : Bersifat RinganNilai oktan lebih tinggiTidak bersifat KorosifRamah Lingkungan

LATAR BELAKANG

LATAR BELAKANGPerbandingan Properties Gasoline dengan Compressed Natural Gas (CNG)

PROPERTIES GASOLINE CNG

Angka Oktan (RON) 80-90 110-120

Density (kg/m3) 749 0.772

Heat of vaporization (kJ/kg) 305 509

Stoichiometric AFR 14.6 17

Lower heating value (MJ/kg) 44 47,669

Higher heating value (MJ/kg) 47.3 55.5

Laminar burning velocity (m/s) 0.5 0.43

Titik Nyala ( oC ) 480-550 650

Molar mass 110 18.76

Lower heating value of stoic. mixture (MJ/kg) 2.83 2.72

Stoichiometric mixture density (kg/m3) 1.38 1.24

Sumber: 1). Atok Setyawan: 2012 dalam BIMTEK BBG-DIRJEN MIGAS.2). Proyek transportasi kota yang berkelanjutan : 2000.

PERUMUSAN MASALAH

Bagaimana karakteristik dari coolant sebagai cairan pengisi radiator

variasi penambahan coolant pada radiator dengan komposisi tertentu

Unjuk Kerja

Emisi

BATASAN MASALAHRadiator yang digunakan adalah radiator dari mesin Sinjay dengan model LJ276MT-2 yang terletak di LaboratoriumTeknik Pembakaran dan Bahan Bakar Teknik Mesin ITS

Analisa fouling tidak diikut sertakan

Tidak ada kebocoran dalam sistem

Bensin yang digunakan adalah bensin standar yang beredar dipasaran (hasil produksi PT.Pertamina)

Percobaan menggunakan mesin bensin dua silinder empat langkah yang telah dimodifikasi pada bagian saluran isapuntuk mensuplai CNG.

Kondisi mesin bensin dalam keadaan standar.

Tidak membahas mengenai pembuatan CNG serta reaksi kimia yang terjadi.

Kondisi peralatan yang digunakan saat pengambilan data diasumsikan terkalibrasi.

TUJUAN PENELITIAN

Mengetahui karakteristik dari coolant dan kemampuannya dalam mendinginkan mesin

Mengetahui performansi dan emisi gas buang dari mesin bensin berbahan bakar CNG dengan variasi

penambahan coolant pada radiator

Mengetahui perubahan kondisi operasional pada mesin berbahan bakar bi fuel dengan variasi

penambahan coolant dengan komposisi tertentu.

MANFAAT PENELITIAN

Menambah pengetahuan tentang sistem pendinginan mesin

Diharapkan dapat menambah wawasan dan pengetahuan mahasiswa secara umum dan penulis khususnya mengenai variasi penambahan radiator coolant terhadap performansi dan emisi dari mesin bensin berbahan bakar CNG

Diharapkan dapat dipakai sebagai acuan dan referensi untuk pengembangan penelitian selanjutnya.

TINJAUAN PUSTAKA

Komposisi kimia Prosentase (%) Methana (CH4)Ethana (C2H6)Propane (C3H8)Iso-Butane (i-C4H10)N- Butane (n-C4H10)Iso-Pentane (i-C5H12)N-Pentane (n-C5H12)Nitrogen (N2)Car. Diodxida (C02)Hexane C6+(C6H14)OxygenCarbon monoxide

98,75830,38160,15270,04450,02750,01510,0081

0,40,17230,0399

--

Total 100

Sumber : PT. Pgas solution , Wilayah Surabaya

KOMPOSISI KIMIA CNG

PENELITIAN TERDAHULU

Waleed Nessim dan Fujun Zhang ( 2012 ) Powertrain Warm-up Improvement using Thermal Management Systems

mapping panas yang dilepaskan dari mesin menuju sistem pendingin yang

menggunakan fluida air.

Kesimpulan yang diperoleh dari hasil mapping adalah bahwa panas yang

dibuang ke coolant semakin naik dengan meningkatnya putaran mesin

Tidak terdapat perbedaan yang terlalu jauh antara eksperimen dan

simulasi.

PENELITIAN TERDAHULUGatot Soebiyakto (2011)

Pengaruh penggunaan water coolant terhadapperformance mesin diesel

Kesimpulan:Penggunaan water coolant pada mesin diesel

tidak mempengaruhi nilai torsi. Torsi yang didapat adalah sama baik tanpa campuran water coolant

atau pun dengan campuran water coolant. Penambahan water coolant berpengaruh

terhadap daya mesin,semakin banyak campuran water coolant semakin menurun juga daya yang diperoleh,hal ini disebabkan dengan campuran

water coolant mesin bekerja lebih extra dari pada tanpa water coolant.

Tidak terdapat pengaruh yang besar terhadap tekanan efektif rata-rata yang disebabkan oleh

campuran water coolant

2

2.2

2.4

0 0.5 1 1.5 2 2.5Tors

i (Kg

.m)

Campuran Water Coolant (Liter)

Grafik Hubungan Campuran Water Coolant terhadap Torsi rata-rata

Torsi

5678

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Day

a (

HP

)

Campuran Water Coolant (Liter)

Grafik Hubungan Campuran Water Coolant Terhadap Daya Indikator dan Efektif rata-rata

Ni

Ne

1

1.5

2

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Teka

nan

(Kg/

cm²)

Campuran Water Coolant (Liter)

Grafik Hubungan Campuran Water Coolant terhadap tekanan Indikator dan Efektif rata-

rata

Pi

Pe

PENELITIAN TERDAHULUA Technical Review of Compressed Natural Gas as an Alternative Fuel for Internal

Combustion EnginesSemin dan Abu Bakar Rosli (2008)

Hasil Penelitian : CNG adalah satu-satunya bahan bakar yang lebih murah daripada bensin atau solar CNG memiliki inheren rendah emisi sehingga mengurangi efek rumah kaca

METODOLOGI PENELITIAN

EKSPERIMENTALMesin Sinjai 2 Silinder 650 cc dimodifikasi

menjadi bi-fuel

Dilakukan penambahan coolant pada radiator dengan variasi komposisi

tertentu

Pengujian :Unjuk kerja dengan Waterbrake DynamometerEmisi gas buang dengan Exhaust Gas AnalyzerTemperatur dengan Thermocouple

Hasil :Torsi

Emisi : CO, CO2, HC Temperatur :

Mesin, Oli, Exhaust, Temperatur air masuk dan keluar radiator

TAHAPAN PENELITIAN

1. Mesin Sinjai 2 Silinder 650 cc dimodifikasi menjadi bi-fuel

Injektor CNG Multi Point MAP CNG Filter CNG Pressure

Reducer

Solenoid ValveFilling ValveTabung CNG

TAHAPAN PENELITIAN

2. Setting Alat Ukur

TAHAPAN PENELITIAN

3. Melakukan Variasi penambahan coolant pada radiator dengan komposisi tertentu

Variasi komposisi cairan pengisi radiator yaitu dengan persentasevolume total :

0% coolant & 100% air.25% coolant & 75% air50% coolant & 50% air,75% coolant & 25% air,

PERALATAN PENGUJIAN

1. Mesin Uji

Spesifikasi mesin uji

Model Sinjai

Jumlah Silinder 2 Silinder

Type Inline

Pendinginan mesin Radiator

Diameter x langkah 76 x 71mm

Rasio Kompresi 9.0 : 1

Daya maksimum 18kW pada putaran 4500 rpm

Torsi Maksimum 49N.m pada putaran 2700-3300 rpm

Kecepatan idle 900 + 50 rpm

Volume Langkah 0.322 liter per silinder

Arah Putaran Counter Clockwise

PERALATAN PENGUJIAN

2.Radiator

No Data Nilai1 Volume radiator PxLxT = 440mm x42 mmx255mm2 Diameter tube 6 mm3 Panjang tube 255 mm4 Jumlah baris tube 25 Jumlah tube tiap baris 226 Jarak antar tube 17 mm7 Jumlah tube arah transfersal 28 Jumlah tube arah

longitudinal22

90 Tebal fin 0.3 mm10 Jumlah fin 15911 Panjang fin 440 mm12 Lebar fin 16 mm13 Jarak antar fin 2 mm

PERALATAN PENGUJIAN

3. Pertamina Coolant

ALAT UJI

Waterbrake Dynamometer Digital Thermometer Exhaust Gas Analyzer

Mengukur :Torsi

Mengukur :T. MesinT. Oli

T. ExhaustT. Air masuk dan

keluar Radiator

Mengukur :Emisi Gas Buang

CO, CO2, dan HC

ALAT UJI

Pitot Static Tube

Tabung Konsumsi Bahan Bakar

Stop Watch

SKEMA PENGUJIAN

HASIL PENELITIANGrafik Temperatur Engine fungsi Putaran Mesin

70

80

90

100

110

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Tem

pera

tur E

ngin

e (º

C)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Temperatur Engine terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 %

0 % Coolant

25 % Coolant

50 % Coolant

75 % Coolant

HASIL PENELITIANGrafik Torsi fungsi Putaran Mesin

25

35

45

55

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Tors

i (N

m)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Torsi terhadap Putaran Mesin

Data Standar Bensin

Bensin 100%

0 % Coolant

25 % Coolant

50 % Coolant

75 % Coolant

HASIL PENELITIANGrafik Daya fungsi Putaran Mesin

5

9

13

17

21

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Daya

(kw

)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Daya terhadap Putaran Mesin

Data Standar Bensin

Bensin 100%

0 % Coolant

25 % Coolant

50 % Coolant

75 % Coolant

HASIL PENELITIANGrafik Konsumsi Bahan Bakar Spesifik fungsi Putaran Mesin

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

SFC

Putaran Mesin (rpm)

Grafik SFC terhadap Putaran Mesin

Data Standar Bensin

Bensin 100%

0 % Coolant

25 % coolant

50 % Coolant

75 % Coolant

HASIL PENELITIANGrafik Tekanan Efektif Rata-rata fungsi Putaran Mesin

550

650

750

850

950

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

BMEP

(KPa

)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik BMEP terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 %

0 % Coolant

25 % Coolant

50 % Coolant

75 % Coolant

HASIL PENELITIANGrafik Air Fuel Ratio fungsi Putaran Mesin

10

12

14

16

18

20

22

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

AFR

Putaran Mesin (rpm )

Grafik AFR terhadap putaran mesin

Bensin 100 %

0 % Coolant

25 % Coolant

50 % Coolant

75 % Coolant

HASIL PENELITIANGrafik Effisiensi Volumetrik fungsi Putaran Mesin

15

25

35

45

55

65

75

85

95

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Effis

iens

i Vol

umet

rik

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Effisiensi Volumetrik terhadap putaran mesin

Bensin 100 %

0 % Coolant

25 % Coolant

50 % Coolant

75 % Coolant

Grafik Temperatur Exhaust & Inlet Radiator fungsi Putaran Mesin

450

500

550

600

650

700

750

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Term

pera

tur E

xhau

st (º

C)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Temperatur Exhaust terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 %

0 % coolant

25 % Coolant

50 % Coolant

75 % Coolant

65

85

105

125

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Tem

pera

tur I

nlet

Rad

iato

r (ºC

)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Temperatur Inlet Radiator terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 %

0 % coolant

25 % Coolant

50 % Coolant

75 % Coolant

Grafik Temperatur Outlet Radiator & Oli fungsi Putaran Mesin

70

85

100

115

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Tem

pera

turO

utle

tRa

diat

or (º

C)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Temperatur Outlet Radiator terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 %

0 % Coolant

25 % Coolant

50 % Coolant

75 % Coolant

85

100

115

130

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Tem

pera

turO

li(º

C)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Temperatur Oli terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 %

0 % coolant

25 % Coolant

50 % Coolant

75 % Coolant

HASIL PENELITIANGrafik Emisi Gas HC fungsi Putaran Mesin

350

400

450

500

550

600

650

700

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Emis

i Gas

HC

(ppm

)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Emisi Gas HC terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 %

0 % coolant

25 % Coolant

50 % Coolant

75 % Coolant

Grafik Emisi Gas CO & CO2 fungsi Putaran Mesin

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Emis

i Gas

CO

(%)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Emisi Gas CO terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 %

0 % coolant

25 % Coolant

50 % Coolant

75 % Coolant

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Emis

i Gas

CO

2 (%

)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Emisi Gas CO2 terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 %

0 % coolant

25 % Coolant

50 % Coolant

75 % Coolant

KESIMPULAN DAN SARANKESIMPULAN

Torsi rata-rata tertinggi mesin berbahan bakar CNG terjadi pada komposisi50 % coolant, yaitu sebesar 41,08 N.m. Namun, masih lebih rendah 5,07 % jika dibandingkandengan torsi rata-rata pada mesin berbahan bakar bensin.

Daya rata-rata tertinggi mesin berbahan bakar CNG terjadi pada komposisi50 % coolant, yaitu sebesar 14,99 kW. Namun, masih lebih rendah 4,76 % jika dibandingkandengan daya rata-rata mesin berbahan bakar bensin.

Konsumsi bahan bakar spesifik rata-rata terendah mesin berbahan bakar CNG terjadi padakomposisi 25 % coolant, yaitu sebesar 0,23 . Lebih rendah 12,81 % jika dibandingkan dengankonsumsi bahan bakar spesifik rata-rata mesin berbahan bakar bensin.

Tekanan efektif rata-rata tertinggi pada mesin berbahan bakar CNG terjadi pada komposisi 50% coolant, yaitu sebesar 796,27 kPa. Namun, lebih rendah 5,07 % jika dibandingkan dengantekanan efektif rata-rata mesin berbahan bakar bensin.

Efisiensi volumetrik mesin dengan bahan bakar bensin lebih tinggi jika dibandingkan denganbahan bakar gas CNG. Sedangkan jika ditinjau dari komposisi coolant, tidak terdapat perbedaanyang signifikan dari effisiensi volumetrik dari masing-masing komposisi.

KESIMPULAN

Dengan karakteristik coolant yaitu boiling pointnya mencapai 165°C mampumendinginkan mesin sampai 7,37 % pada komposisi 75 % coolant

Temperatur mesin rata-rata paling paling optimal terjadi pada komposisi 50 %coolant, yaitu sebesar 85,86 °C. Temperatur mesin ini lebih rendah 1,5 % jikadibandingkan dengan mesin dengan bahan bakar bensin.

Kandungan emisi gas HC relatif sama pada setiap komposisi cairan pengisiradiator, yaitu mengalami penurunan sekitar 13 % - 15 % jika dibandingkan denganmesin berbahan bakar bensin.

Kandungan gas CO pada variasi komposisi coolant relatif sama yaitu mengalamipenurunan sekitar 48 % - 57 % jika dibandingkan dengan mesin berbahan bakarbensin.

Kandungan gas CO2 pada variasi komposisi coolant relatif sama yaitu mengalamipenurunan sekitar 11 % - 15 % jika dibandingkan dengan mesin berbahan bakarbensin.

SARAN

Perlu adanya penambahan gas flowmeter, agar laju aliran massa udara dan laju aliran massa bahan bakar dapat diukur secara akurat.

Perlu dilakukan tune up mesin agar mesin dalam keadaan prima saat diadakan pengujian sehingga data yang didapatkan menjadi lebih teliti.

TERIMA KASIH

MOHON KRITIK DAN SARAN DEMI KESEMPURNAAN TUGAS

AKHIR