## Jurnal Dinamis
Vol. 10, No. 2, Desember 2022 | 53-59
ISSN : 0216-7492, e-ISSN : 2809-3410
Homepage : https://talenta.usu.ac.id/jd

## Rancang Bangun Instrumen Pengujian dan Penentuan Spesifikasi Mesin Diesel
Derrick Tanadi 1* , Ryan Alexander 2 , David Chandra 3 , Tulus Burhanuddin Sitorus 4 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Jalan Dr. T. Mansyur No. 9, Padang Bulan, Kec. Medan Baru, Kota Medan, Sumatera Utara 2022, Indonesia * Email: kenrickt89@gmail.com

## Abstrak
Mesin diesel adalah mesin pembakaran dalam yang beroperasi dengan menggunakan minyak gas atau minyak berat sebagai bahan bakar, dimana bahan bakar tersebut disemprotkan (diinjeksiikan) ke dalam silinder yang di dalamnya sudah terdapat udara dengan tekanan dan suhu yang tinggi sebagai bahan bakar tersebut secara spontan terbakar. Namun masalah terbesar dalam penggunaan bahan bakar adalah dari tahun ke tahun penyediaan bahan bakar yang berasal dari fosil atau gas alam semakin menipis dan ju mlah impor yang semakin meningkat, sehingga diprediksi bahwa Indonesia akan mengalami kelangkaan bahan bakar yang sangat signifikan dimasa yang akan dating. Oleh karena itu pada penelitian ini kami merancang dan membangun sebuah instrumen pengujian dan penentuan spesifikasi dari mesin diesel agar dapat digunakan sebagai suatu alat untuk menguji kelayakan pada suatu bahan bakar baru yang hendak digunakan pada mesin diesel. Hasil dari penelitian ini adalah: 1) Instrumen pengujian terdiri dari digital tachometer , power monitor , temperature control thermostat , pipet ukur, dan dimmer AC. 2) Alat uji terdiri dari generator yang digunakan generator AC sinkron 1 phase, pulley dengan diameter 101,6 mm, belt 42 inchi, dan mesin diesel R175A.
Kata kunci: Mesin diesel, generator, instrumen pengujian, bahan bakar.

## Abstract
Diesel engine is an internal combustion engine that operates using gas oil or heavy oil as fuel, where the fuel is sprayed (injected) into a  cylinder in which there is already air with high pressure and temperature as the fuel spontaneously ignites. However, the biggest problem in the use of fuel is that from year to year the supply of fossil fuels or natural gas is dwindling and the number of imports is increasing, so it is predicted that Indonesia will experience a very significant shortage of fuel in the future. Therefore, in this research, I designed and built an instrument for testing and determining the specifications of a diesel engine so that it can be used as a tool to test the feasibility of a new fuel to be used in a diesel engine. The results of this study are: 1) The test instrument consists of a digital tachometer, power monitor, temperature control thermostat, measuring pipette, and AC dimmer. 2) The test equipment consists of a generator that uses a single phase synchronous AC generator, a pulley with a diameter of 101.6 mm, a 42 inch belt, and an R175A diesel engine.

## Keywords: Diesel engine, generator, test instrument, fuel

## Pendahuluan
Motor diesel adalah pembakaran dalam yang beroperasi dengan menggunakan minyak gas atau minyak berat sebagai bahan bakar dengan suatu prinsip bahan bakar tersebut disemprotkan (diinjeksiikan) ke dalam silinder yang di dalamnya sudah terdapat udara dengan tekanan dan suhu yang tinggi sebagai bahan bakar tersebut secara spontan terbakar.
Motor diesel merupakan jenis motor pembakaran dalam, dimana bahan bakar menyala akibat tekanan kompresi yang tinggi didalam silinder ( compression ignition engine ) dan bukan oleh alat bantu berenergi lain  seperti  busi  ( spark  plug ).  Untuk  mendapatkan  unjuk  kerja  motor  yang  optimal,  sebuah  motor  diesel sangat dipengaruhi oleh beberapa aspek operasional, diantaranya: 1) Perbandingan campuran udara dengan bahan  bakar  ( air  fuel  ratio ),  dimana  faktor  ini  mempengaruhi  kesempurnaan  pembakaran  didalam  ruang bakar.  2)  Waktu  Penginjeksian  baban  bakar  ( timing  injection ),  hal  ini  sangat  berpengaruh  pada  kualitas pembakaran. 3) Ambien, banyaknya energi hasil pembakaran bahan bakar tergantung dari jumlah oksigen
yang  terkandung  dalam  udara  kering  disekitar.  Kondisi  ambien  sangat  mempengaruhi  perbandingan campuran bahan bakar dan udaran (AFR), jika kondisi ambien berubah maka AFR juga akan berubah.
Namun masalah terbesar dalam penggunaan BBM adalah dari tahun ke tahun penyediaan BBM yang berasal dari fosil atau  gas  alam  semakin menipis  dan  ju  mlah  impor  yang  semakin  meningkat,  sehingga diprediksi bahwa Indonesia akan mengalami kelangkaan BBM yang sangat signifikan dimasa yang akan dating.
Oleh  karena  itu  pada  penelitian  ini  dirancang  dan  dibangun  sebuah  instrumen  pengujian  dan  penentuan spesifikasi dari mesin diesel agar dapat digunakan sebagai suatu alat untuk menguji kelayakan pada suatu bahan bakar baru yang hendak digunakan pada mesin diesel.

## Teori
Mesin/motor diesel ( diesel engine ) merupakan salah satu bentuk motor pembakaran dalam ( internal combustion engine ) di samping motor bensin dan turbin gas. Motor diesel disebut dengan motor penyalaan kompresi ( compression ignition engine ) karena penyalaan bahan bakarnya diakibatkan oleh suhu kompresi udara dalam ruang bakar.
Ada beberapa unsur unjuk kerja motor penggerak mula diantaranya adalah  daya,torsi dan konsumsi bahan bakar spesifik,emisi gas buang dan ketahanan motor
1. Daya motor
Daya motor adalah besarnya kerja motor selama waktu terntentu (KW) Rumus untuk menghitung daya adalah :
P = 2  nT 60000 ….. (1) 2. Torsi
Adapun hubungan antara daya dan torsi dapat dilihat pada rumus-rumus berikut ini :
a. Torsi satuannya kg.cm dan daya satuannya HP,
T = 71.620 P n ….. (2)
b. Torsi satuannya kgf.mm dan daya satuannya kW,
T = 9, 74 x 10 5 N e
n ….. (3)
c. Torsi satuannya lbf.in dan daya satuannya HP,
T = 63.025 P n ….. (4)
d. Torsi satuannya N.m dan daya satuannya HP,
T = 9549 P
n ….. (5)
Daya yang dihasilkan oleh generator dapat diperoleh menggunakan persamaan berikut:
P g = V . I . COS  ….. (6)
Jenis  V-belt  terbuat  dari  karet  dan  mempunyai  penampang  trapesium.  Tenunan  atau  semacamnya dipergunakan sebagai inti sabuk untuk membawa tarikan yang besar. V-belt dibelitkan dikeliling alur pully yang berbentuk V- belt pula.
Untuk menurunkan putaran maka dipakai rumus perbandingan reduksi i ( i > 1). n 1 = i = d 2 n 2 d 1 ….. (7)
Untuk  menjaga  agar  tidak  terjadi  jepitan  belt  pada  pulley,  maka  sudut  groove 𝜑 dapat  dihitung menggunakan rumus dibawah ini:
 = 2 tan ( − 1) . f ….. (8)
Kecepatan pada belt dapat dihitung dengan menggunakan rumus : (Sularso, Kiyokatsu, 1978: Dasar Pemilihan dan Penelitian Elemen Mesin, Hal 166)
v =  . d 1 n 1 60000 ….. (9)
Panjang  belt  yang  akan  digunakan,  dapat  dihitung  dengan  menggunakan  rumus  sebagai  berikut  : (Machine Design Databook.pdf, Chapter 21.34)
L = 2 C +  ( D ) + 1 ( D ) 2 2 1 4 C 1 ….. (10)
Sudut kontak adalah besarnya sudut kontak antara pulley dan belt. Untuk mengetahui berapa derajat sudut kontak dan panjang belt belt yang akan digunakan, dapat dihitung dengan menggunakan rumus-rumus sebagai berikut:
 = 180  − ( D 2 − D
1 ) x 60  C ….. (11)
Dari  tegangan  yang  timbul  akibat  beban  ini  maka  akan  dicari  jumlah  belt  yang  dipakai  dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
Z = ( F e )  d . A ….. (12)
Daya rencana dihitung dengan mengalikan daya yang akan diteruskan dengan faktor koreksi .
P d = P . f c ….. (13)
Gaya efektif yang bekerja sepanjang lingkaran jarak bagi alur pulley :
P  x 120
F e = d v ….. (14)
Penampang pada belt bisa dipilih berdasarkan tegangan yang diambil dan tegangan yang bekerja pada belt persatuan luas serta faktor kecepatan dan sudut kontak. Apabila seluruh beban bekerja pada belt maka tegangan yang timbul dapat ditentukan dengan persamaan :
 d = 2.  0 .  0 ….. (15)

## Metodologi Penelitian
A. Metode desain
Perancangan  atau  desain  merupakan  langkah  awal  dari  usaha  untuk  merealisasikan  suatu  produk. Setelah perancangan selesai dilakukan, maka selanjutnya dilakukan pembuatan instrument pengujian ini dimana memiliki manfaat dalam menyumbangkan data dalam ilmu engineering dan juga dapat digunakan oleh peneliti lain untuk mendapatkan beberapa data pada bahan bakar yang akan diuji . Desain sistem ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 1. Desain instrumen pengujian dan alat uji bahan bakar
a. Perencanaan instrumen pengujian pada panel
Perencanaan instrumen pengujian dipilih sesuai kebutuhan yaitu untuk mendapatkan nilai rpm, daya, exhaust , konsumsi bahan bakar, dan beban. Instrumen yang dibutuhkan ialah:
1. Digital Tachometer
2. Power monitor
3. Temperature control thermostat
4. Pipet ukur
5. Dimmer
b. Perencanaan komponen alat uji bahan bakar
Perencanaan dilakukan dengan menghitung serta memilih komponen yang paling sesuai dengan kebutuhan. Komponen-komponen yang direncanakan ialah:
1. Perencanaan mesin diesel
Mesin diesel berfungsi sebagai penggerak awal dari alat uji bahan bakar. Mesin diesel ini dapat dijalankan dengan bahan bakar solar maupun biosolar dengan pertimbangan sebagai berikut :
a).  Daya,torsi dan putaran harus lebih besar dari yang dibutuhkan
b).  Digerakkan dengan bahan bakar solar dan bio solar
c).  Mesin yang sering ditemukan di pasaran d).  Sparepart mesin mudah ditemukan e).  Harga mesin terjangkau 2. Perencanaan generator
Fungsi sebuah generator adalah mengubah tenaga mekanis atau energi mekanis menjadi energi listrik  generator  yang  digunakan  merupakan  generator  yang  menghasilkan  listrik  AC  dan  mempunyai tegangan 220V.
3. Perencanaan pulley
Jenis pulley yang digunakan merupakan jenis pulley yang terbuat dari bahan besi karena memliki aspek gesekan yang bagus rasio pulley yang digunakan merupakan pulley dengan perbandingan 1:1 agar rpm mesin diesel tidak terlalu tinggi sehingga mesin tidak overheat . 4. Perencanaan belt
Belt  atau  sabuk  merupakan  sesuatu  bagian  mekanisme  mesin  yang  dibuat  dari  karet  untuk meneruskan daya atau putaran dari satu pulley ke pulley lainnya. Pada perancangan ini digunakan V-Belt karena memiliki faktor slip yang kecil, harga v-belt yang relatif murah dan mampu untuk putaran tinggi B. Parameter desain
Parameter  desain  merupakan  parameter  yang  ditentukan  sebelum  melakukan  sebuah  perancangan instrument pengujian:
1. Besaran yang dapat diukur
Adapun besaran yang nantinya dapat diukur oleh instrument pengujian sebagai berikut:watt, volt, frekuensi, ampere, rpm, mL, temperatur.
2. Kapasitas
Dalam penentuan kapasitas dari alat uji bahan bakar dimana berskala laboratorium maka dalam hal itu perlu ditentukan: beban 800 watt, silinder single, rpm 1500 rpm, voltase 220 v, bahan bakar solar.
3. Desain
Untuk  merancang  sebuah  alat  sebelumnya  kita  harus  melakukan modelling terlebih  dahulu menggunakan software CAD ( Computed Aided  Design ).

## Hasil
Hasil desain dari instrumen pengujian ditampilkan pada gambar dibawah ini.
Gambar 2. Desain instrumen pengujian
Keterangan :
1. Cok cabang
2. Beban lampu 500 Watt
3. Gas exhaust temperature
4. Alat ukur konsumsi bahan bakar
5. Power monitor
6. Digital tachometer
Gambar 3. Desain alat uji
Keterangan: 1. Tangki
2. Pulley
3. Pompa
4. Belt
5. Generator
6. Mesin diesel R 175 A
Besarnya Rpm yang dibutukan dapat diperoleh melalui persamaan di bawah ini: ( f x 120 ) N r = P ( 50 Hz  x 120 ) N r = = 1500 rpm 4 Besarnya kuat arus minimum yang dibutukan dapat diperoleh melalui persamaan (6): 800 W = 220 V . I .1 I min = 3, 63 A Perhitungan daya motor ( 𝑁 𝑒 ) sebagai berikut:
N e =
N e = P g ( e g x e b )
800
(0,85 x 0,96) = 980, 39 Watt
Nilai torsi dapat diperoleh melalui persamaan (3):
T = 9, 74 x 10 5 0, 98 kW = 636, 6 kgf . mm 1500
Oleh karena itu, generator minimum yang dipakai dalam membangun alat uji bahan bakar adalah generator Generator AC sinkron 1 phase karena sesuai dengan parameter yang dibutuhkan.
Untuk meneruskan banyaknya putaran dari generator maka i = 1 maka nilai putaran pada pulley yang digerakkan diperoleh sebagai berikut: n 2 = 1500 rpm maka diameter pulley dapat diperoleh menggunakan rumus berikut :
D = 1500 x 101, 66 mm = 101, 66 mm 2 1500 Kecepatan keliling pulley driver dapat diperoleh dari persamaan (9) sebagai berikut :
6 1 5
2
4 3
  v =  .101, 66.1500 = 7, 98 m / s 60 x 1000
Panjang belt yang diperlukan dapat dicari dengan persamaan sebagai (10) berikut : L = 2(445 mm ) +  (101, 66 mm ) + 1 (101, 66 mm ) 2 = 1055,31 mm 2 4(445 mm )
Gaya tarik efektif pada belt dapat diperoleh sebagai (14) berikut: ( 120.0,98 kW ) F e = 7, 98 m / s = 14, 73 kgf
Sudut kontak yang terjadi antara belt terhadap driver pulley dapat dihitung dengan persamaan (11) sebagai berikut :
 = 180  − ( 101, 66 mm − 101, 66 mm ) x 60  = 180  445 mm
Tegangan akibat beban yang terjadi dapat diperoleh dengan persamaan(15)t:  d = 2 x 0, 7 x 12 kg / cm 2 = 16,8 kg / cm 2
Jumlah belt yang dibutuhkan ( 𝑧 ) diperoleh menggunakan persamaan (12):
z = 14, 73 kgf
= 1, 08  16,8  kg cm 2 .0,81 cm 2  
Adapun hal yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan mesin diesel ini yaitu jumlah putaran yang  diperlukan  sebesar  1500  Rpm,  serta  daya  minimum  yang  dibutuhkan  diperoleh  dari  persamaan berikut: ( RPM . T ) H p =
H p = 5252 ( 1500. 4,58 )
5252 = 1, 31 Hp
Gambar 4. Instrumen Pengujian dan Alat Uji

## Kesimpulan
Pada  penelitian  ini  telah  dilakukan  perancangan  dan  pembuatan  instrumen  pengujian  dan  alat  uji mesin diesel Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini antara lain:
1. Instrumen-instrumen pengujian yang digunakan yaitu :
a. Digital tachometer untuk mengukur rpm
b. Power monitor untuk mengukur daya
c. Temperature control thermostat untuk mengukur temperatur exhaust
d. Pipet ukur untuk mengukur konsumsi bahan bakar
Jurnal Dinamis USU, Vol. 10, No. 2 ( Desember, 2022 ) | 53-59
e. Dimmer AC untuk mengatur beban yang digunakan
2. Telah dirancang dan dibangun sebuah alat uji performansi untuk bahan bakar dengan komponen sebagai berikut :
a. Generator AC
Model : Generator AC sinkron 1 phase Tipe : ST-3 Stator Insulation : E Rotor Insulation : B Rating Fre quency (Hz) : 50/60 Rating Voltage (V) : 115-230 Max. Power (kVA) : 3 (cos π) : 1 Power Factor (cos π) : 1 b. Pulley Diameter 101,6 mm c. Belt
Tinggi ( h ) : 9 mm Lebar ( b ) : 12,5 mm Luasan ( A ) : 0,87 cm 2 d. Mesin diesel R175 Tipe : 1 Silinder,Kompresi 4 Langkah Bore x Stroke : 75 mm x 80 mm Maksimum Output: 4.86 KW Rated Output
: 4.41 KW Rated  Speed
: 2600 r/min
Tipe Pendingin  : Air

## Daftar Pustaka
[1] Imron Rosyadi.2014. Analisa Pengaruh Pemanasan Awal Bahan Bakar Solar Terhadap Performa Dan Konsumsi Bahan Bakar Pada Mesin Motor Diesel Satu Silinder .Banten : Universitas Sultan Ageng Tirtayasa
[2] Nugrah  Rekto  Prabowo,Nova  Yuliono.2014. Studi  Eksperimental  Pengaruh  Timing  Injection Terhadap Unjuk Kerja Motor Diesel 1 Silinder Putaran Konstan Dengan Bahan Bakar Bio Solar .Purwokerto : Sekolah Tinggi Teknik Wiworotomo
[3] Sularso ;Suga, Kiyokatsu. 1994. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin . PT. Pradnya Paramita: Jakarta
[4] Ode M F. 2017. Rancang Bangun Alat Uji Tarik Kapasitas 100 Kg [SKRIPSI]. Malang: Universitas Muhammadiyah Malang
[5] Sularso ;Suga, Kiyokatsu. 1994. Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin . PT. Pradnya Paramita: Jakarta
[6] W.Robert Nitske.Charles Morrow Wilson . 1964.”Rudolf Diesel , Pioneer Of The Age Of Power “ : University Of Oklahoma Press