Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI

MOTOR OTTO BERBAHAN BAKAR CAMPURAN

PREMIUM DENGAN ZAT ADITIF BERBENTUK CAIR

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

RONI HOTMARTUAH SARAGIH NIM. 05 0401 087

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI

MOTOR OTTO BERBAHAN BAKAR CAMPURAN

PREMIUM DENGAN ZAT ADITIF BERBENTUK CAIR

RONI HOTMARTUAH SARAGIH NIM. 05 0401 087

Diketahui / Disyahkan : Disetujui oleh :

DepartemenTeknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU

Ketua,

Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri Tulus Burhanuddin Sitorus ,ST,MT. NIP.196412241992111001 NIP.197209232000121003

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI

MOTOR OTTO BERBAHAN BAKAR CAMPURAN

PREMIUM DENGAN ZAT ADITIF BERBENTUK CAIR

RONI HOTMARTUAH SARAGIH NIM. 05 0401 087

Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi Periode Ke-552 tanggal 7 November 2009

Disetujui Oleh:

Pembanding I Pembanding II

Ir. A. Halim Nasution ,MSc Ir. Isril Amir

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI

MOTOR OTTO BERBAHAN BAKAR CAMPURAN

PREMIUM DENGAN ZAT ADITIF BERBENTUK CAIR

RONI HOTMARTUAH SARAGIH NIM. 05 0401 087

Telah Diketahui Oleh: Pembimbing/Penguji

Tulus Burhanuddin Sitorus ,ST,MT. NIP.197209232000121003

Penguji I Penguji II

Ir. A. Halim Nasution ,MSc Ir. Isril Amir

NIP.195403201981021001 NIP. 194510271974121001

Diketahui Oleh

Ketua Departemen Teknik Mesin

Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP.196412241992111001

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU M E D A N

TUGAS SARJANA

N A M A : RONI HOTMARTUAH SARAGIH

N I M : 0 5 0 4 0 1 0 8 7 MATA PELAJARAN : MOTOR BAKAR

SPESIFIKASI :

DIBERIKAN TANGGAL : 06/ 07 / 2009 SELESAI TANGGAL : 27/ 10 / 2009

MEDAN, 06 Juli 2009

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING,

Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri Tulus Burhanuddin Sitorus ,ST,MT. NIP.196412241992111001 NIP.197209232000121003

AGENDA : 886/TS/2009

DITERIMA TGL :

PARAF :

LAKUKAN PENELITIAN BERUPA PENGUJIAN PERFORMANSI MOTOR BENSIN DI LABORATORIUM MOTOR BAKAR DTM FT. USU. BAHAN BAKAR YANG DIGUNAKAN PREMIUM + ZAT ADITIF.

• SURVEI LAPANGAN

• BUKU LITERATUR

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN

KARTU BIMBINGAN

TUGAS SARJANA MAHASISWA

No : 886 / TS / 2009

Sub. Program Studi : Konversi Energi Bidang Tugas : Motor Bakar

Judul Tugas : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair

Diberikan tanggal : 06-07-2009 Selesai Tgl : 27-10-2009

Dosen Pembimbing : Tulus B Sitorus ,ST,MT. Nama Mhs : Roni H. Saragih NIM : 050401087

No Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN

Tanda Tangan Dosen Pembimbing 1

06-07-2009 Survei 2

09-07-2009 Spesifikasi tugas skripsi 3

02-08-2009

Studi literature dan lakukan uji (test) laboratorium

4

10-09-2009 Hasil (data sheet) uji laboratorium 5

12-09-2009 Lanjutkan analisis data 6

09-10-2009

Buat perhitungan performansi dan analisa gas buang

7 20-10-2009

Perbaiki diagram dan grafik hasil analisa data

8

25-10-2009 Buat kesimpulan dan saran 9

27-10-2009 ACC untuk diseminarkan

Diketahui,

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FT USU

Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP.196412241992111001

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini dengan sebaik-baiknya. Tugas Sarjana ini merupakan tugas akhir untuk menyelesaikan studi pada jenjang Pendidikan Sarjana ( S1) Teknik Mesin menurut kurikulum Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin Fakultas Teknik Sumatera Utara Medan.

Penulis dalam Tugas Sarjana ini mengambil judul, yaitu “Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair. Dalam Penulisan ini, dari awal sampai akhir penulis telah mencoba semaksimal mungkin guna tersusunnya Tugas Sarjana ini. Namun Penulis masih menyadari bahwa masih banyak kekurangan baik dalam penulisan maupun penyajian Tugas Sarjana ini. Untuk itu saran-saran dari semua pihak yang bersifat membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan Tugas Sarjana ini.

Dalam menyelesaikan Skripsi ini, penulis banyak sekali mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Kepada Orangtua dan keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan baik moril maupun materiil.

2. Bapak Tulus B. Sitorus, ST, MT, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

3. Bapak DR.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

5. Staff Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin yang telah membantu dan membimbing penulis selama pengujian di Laboratorium. 6. Kepada teman saya, khususnya Hengky Pratama dan Eben Haezar yang

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

7. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, terkhusus stambuk 05, yang tidak dapat disebutkan satu persatu, “Solidarity Forever”.

Akhir kata, dengan segala kerendahan hati penulis memanjatkan Doa kepada Tuhan YME, semoga Tugas Sarjana ini dapat bermanfaat untuk kita semua.

Medan, Oktober 2009 Penulis,

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR... i

DAFTAR ISI ... .iii

DAFTAR TABEL... ... v

DAFTAR GAMBAR ... ... vi

DAFTAR NOTASI ... ... vii

BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Pengujian ... 2

1.3 Manfaat pengujian ... 2

1.4 Ruang Lingkup Pengujian ... 3

1.5 Sistematika Penulisan... 4

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Zat Aditif ... 5

2.2 Manfaat Zat Aditif ... 5

2.3 Motor Bensin ... 7

2.3.1 Cara kerja motor bensin 4 langkah ... 8

2.3.2 Performansi motor bensin ... 10

2.4 Teori Pembakaran ... 14

2.5 Nilai Kalor Bahan Bakar ... 14

2.6 Emisi Gas Buang ... 16

BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu Dan Tempat ... 19

3.2 Bahan Dan Alat ... 19

3.2.1 Bahan ... 19

3.2.2 Alat ... 19

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

3.4 Metode Pengolahan Data ... 20

3.5. Pengamatan dan Tahap Pengujian ... 20

3.6 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ... 20

3.7 Prosedur Pengujian Performansi Motor Bensin ... 24

3.8 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang ... 29

BAB 4. HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ... 31

4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar Bensin ... 35

4.2.1 Torsi ... 36

4.2.2 Daya ... 38

4.2.3 Konsumsi bahan bakar spesifik... 41

4.2.4 Rasio perbandingan udara bahan bakar ... 44

4.2.5 Efisiensi volumetris ... 48

4.2.6 Efisiensi termal brake ... 51

4.3 Pengujian Emisi Gas Buang... ... 55

4.3.1 Kadar carbon monoksida (CO) dalam gas buang... .... 55

4.3.2 Kadar unburned hidro carbon (UHC) dalam gas buang ... 57

4.3.3 Kadar carbon dioksida (CO2) dalam gas buang... 59

4.3.4 Kadar sisa oksigen (O2) dalam gas buang... ... 61

BAB 5. KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan ... .64

5.2 Saran ... .65 DAFTAR PUSTAKA

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Bensin TD4A 4-langkah ... .... 25

Tabel 3.2 Spesifikasi TD4A 024 Instrumentation Unit ... 26

Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter ... 34

Tabel 4.2 Data hasil pengujian untuk torsi... 36

Tabel 4.3 Data hasil perhitungan untuk daya... .... 39

Tabel 4.4 Hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik... .... 43

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan untuk AFR... ... 47

Tabel 4.6 Data hasil perhitungan untuk efisiensi volumetris... .... 50

Tabel 4.7 Data hasil perhitungan untuk efisiensi termal brake... .... 53

Tabel 4.8 Kadar CO dalam gas buang... ... 55

Tabel 4.9 Kadar UHC dalam gas buang... ... 57

Tabel 4.10 Kadar CO2 dalam gas buang... .... 59

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Siklus Otto Ideal………8

Gambar 2.2 . Cara kerja motor bensin 4 langkah...10

Gambar 3.1 Bom kalorimeter ... 21

Gambar 3.2 Diagram alir Pengujian nilai kalor bahan bakar ... 23

Gambar 3.3.a Instrumentation Stroke Otto Engine ... .... 24

Gambar 3.3.b TD4 A 024 4 –Stroke Bensin Engine ... .... 24

Gambar 3.4 TD4 A 024 Instrumentation Unit ... .... 25

Gambar 3.5 Diagram alir pengujian performansi motor bakar bensin ... .... 28

Gambar 3.6 Auto logic gas analizer ... .... 29

Gambar 3.7 Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bakar bensin ... .... 30

Gambar 4.1 Grafik HHV dan LHV vs jenis bahan bakar ... 35

Gambar 4.2 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg ... 37

Gambar 4.3 Grafik Daya vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg ... 40

Gambar 4.4 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg ... 44

Gambar 4.5 Kurva Viscous Flow Meter Calibration ………...45

Gambar 4.6 Grafik AFR vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg ... 48

Gambar 4.7 Grafik Efisiensi volumetris vs putaran untuk beban 10 kg dan 25kg ... 51

Gambar 4.8 Grafik BTE vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg ... 54

Gambar 4.9 Grafik kadar CO vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg... .... 56

Gambar 4.10 Grafik kadar UHC vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg... .... 58

Gambar 4.11 Grafik kadar CO2 vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg... .... 60

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

DAFTAR NOTASI

LAMBANG KETERANGAN SATUAN

AFR Air fuel ratio f

C Faktor koreksi

v

C Panas jenis bom calorimeter j/gr.0C HHV Nilai kalor atas bahan bakar kj/kg

LHV Nilai kalor bawah bahan bakar kj/kg

M Persentase kandungan air dalam bahan

ma Laju aliran massa udara kg/jam

mf Laju aliran bahan bakar kg/jam

n Putaran mesin rpm

b

η

Efisiensi termal brake

v

η

Efisiensi volumetric

a

ρ

Kerapatan udara kg/m3

PB Daya keluaran Watt

Qlc Kalor laten kondensasi uap air kj/kg

Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kWh

Sgf Spesifik gravity

T Torsi N.m

f

t

Waktu untuk menghabiskan bahan bakar detik

f

V Volume bahan bakar yang diuji ml

s

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Berkembangnya teknologi otomotif dewasa ini menjadikan teknologi kendaraan juga semakin berkembang, termasuk pada sistem pembakaran dimana sistem memiliki tingkat kompresi rasio yang tinggi sehingga memerlukan jenis bahan bakar yang sesuai agar pembakaran tersebut berjalan dengan sempurna. Pemilihan jenis bahan bakar yang tidak sesuai, akan mengakibatkan proses pembakaran yang tidak sempurna. Hal tersebut secara tidak langsung akan menghasilkan efek negatif berantai pada mesin, mulai dari timbulnya kerak pada ruang bakar, tenaga mesin yang tidak maksimal, meningkatnya emisi gas buang, borosnya konsumsi BBM, yang pada akhirnya akan berakibat pada naiknya biaya perawatan mesin. Dengan kondisi perekonomian Indonesia pada saat ini, pemakai BBM khususnya di Indonesia berusaha menekan konsumsi BBM mereka secara ekonomis dengan cara menggunakan jenis BBM dengan kualitas lebih rendah.

Bensin (gasoline) merupakan jenis bahan bakar cair yang digunakan dalam proses pembakaran pada motor bakar. Bensin yang dijual di pasaran merupakan campuran sejumlah produk yang dihasilkan dari berbagai proses. Melalui proses pencampuran (blending) tersebut maka sifat dari bahan bakar dapat diatur untuk memberikan karakteristik operasi seperti yang diinginkan. Salah satu sifat yang harus dipunyai dari bensin adalah Octane Number dari bahan bakar tersebut. Angka Oktan adalah angka yang menunjukkan berapa besar tekanan maksimum yang bisa diberikan di dalam mesin sebelum bensin terbakar secara spontan. Di dalam mesin, campuran bensin dan udara (berbentuk gas) bisa terbakar sendiri secara spontan sebelum terkena percikan api dari busi. Jadi, semakin tinggi angka oktannya, semakin lama bensin itu terbakar spontan.

Bahan bakar harus mempunyai Octane Number yang sesuai dengan yang di persyaratkan oleh motor. Motor dengan perbandingan kompresi yang lebih tinggi memerlukan angka oktan yang lebih tinggi untuk mengurangi terjadinya

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

diperoleh dengan memberikan TEL (Tetra Ethyl Lead), Methanol, Ethanol atau dengan memberikan Zat aditf penambah oktan.

Kesadaran akan masalah pencemaran dalam dasa warsa terakhir ini menyebabkan beberapa negara termasuk Indonesia membatasi penggunaan senyawa timbal dalam bahan bakar, walaupun senyawa TEL selama ini sangat diandalkan sebagai aditif peningkatan angka oktan.

Salah satu cara alternatif yang dapat dipakai untuk memperoleh bahan bakar dengan angka oktan yang tinggi adalah dengan menggunakan Zat Aditif yang merupakan zat yang dapat meningkatkan octane number dari suatu bahan bakar. Oleh karena itu dilakukan studi untuk mengetahui pengaruh perubahan konsentrasi Zat Aditif untuk mengetahui peningkatan unjuk kerja motor bakar bensin yang optimum dan kadar polutan dari emisi gas buang motor yang rendah. Sehingga dari percobaan yang dilakukan dapat diperoleh data-data yang dapat memberikan kesimpulan mengenai kelebihan dan kekurangan dari setiap konsentrasi campuran premium dengan Zat Aditif.

1.2 Tujuan Pengujian

Adapun tujuan dari pengujian ini adalah sebagai berikut:

1. Untuk memperoleh perbandingan nilai kalor bahan bakar campuran premium-zat aditif terhadap premium.

2. Untuk memperoleh perbandingan unjuk kerja motor bakar berbahan bakar campuran premium-zat aditif terhadap premium.

3. Untuk memperoleh konsentrasi dari beberapa senyawa gas (emisi) yang ditemukan dalam gas buang motor bensin berbahan bakar campuran premium dengan zat aditif dibandingkan dengan premium.

1.3 Manfaat Pengujian

Adapun manfaat dari pengujian ini adalah sebagai berikut:

1. Untuk memperoleh campuran yang paling optimal dari premium-zat aditif yang akan digunakan pada motor bensin

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

2. Memotivasi masyarakat dalam mengunakan zat aditif dengan tujuan untuk dapat menghemat bahan bakar dan membuat mesin menjadi lebih bertenaga.

3. Sebagai pertimbangan terhadap pemerintah untuk mensosialisasikan penggunaan zat aditif kepada masyarakat dan memproduksi zat aditif buatan bangsa sendiri.

1.4 Ruang Lingkup Pengujian

Adapun ruang lingkup dari pengujian ini adalah sebagai berikut:

1. Zat aditif yang digunakan adalah berupa suplemen bermerk JAC bagi kendaraan bermotor yang dipasarkan di SPBU kota Medan.

2. Alat uji yang digunakan untuk dan menghitung nilai kalor pembakaran bahan bakar adalah ”Bom Kalorimeter”.

3. Mesin uji yang digunakan untuk mendapatkan unjuk kerja motor bakar bensin adalah Mesin Bensin 4-langkah dengan 4-silinder (TecQuipment type.TD4A 024) pada laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin USU.

4. Unjuk kerja motor bensin yang dihitung adalah: • Daya (Brake Power)

• Rasio perbandingan udara-bahan bakar (Air Fuel Rasio) • Konsumsi bahan bakar spesifik (Specific Fuel Consumtion) • Efisiensi Volumetris (Volumetric Effeciency)

• Efisiensi termal brake (Brake Thermal Effeciency)

5. Pada pengujian unjuk kerja motor bakar bensin, dilakukan variasi putaran dan beban yang meliputi:

• Variasi putaran : 2000-rpm, 2500-rpm, 3000-rpm, 3500-rpm , 4000-rpm

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

1.5 Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah pembaca dalam memahami tulisan ini, maka dilakukan pembagian bab berdasarkan isinya. Tulisan ini akan disusun dalam lima bab, BAB I PENDAHULUAN, berisi latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang lingkup pengujian. BAB II TINJAUAN PUSTAKA, berisi landasan teori yang diperoleh dari literatur untuk mendukung pengujian. BAB III METODOLOGI PENGUJIAN, berisi metode pengujian, peralatan dan perlengkapan yang digunakan serta prosedur kerja dari pengujian yang dilakukan. BAB IV DATA DAN ANALISA, berisi data hasil pengujian, perhitungan dan analisa terhadap data hasil pengujian. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN, berisi kesimpulan dari hasil pengujian dan saran-saran.

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Zat Aditif

Zat Aditif merupakan bahan yang di tambahkan pada bahan bakar kendaraan bermotor, baik mesin bensin maupun mesin diesel. Zat aditif sering disebut juga dengan Fuel Vitamin. Zat Aditif digunakan untuk memberikan peningkatan sifat dasar tertentu yang telah dimilikinya seperti aditif anti detonasi bensin untuk bahan bakar mesin bensin dan mesin pesawat terbang. Juga untuk meningkatkan kemampuan bertahan terhadap terjadinya oksidasi pada pelumas.

Kebutuhan Zat Aditif pada masa sekarang telah meningkat dengan pesat dikarenakan perubahan komposisi bensin yang timbul oleh karena tiga alasan utama, yaitu:

1. Perubahan Harga Minyak

2. Persyaratan Gas Buang Kendaraan. 3. Persyaratan Konsumsi Bahan Bakar

2.2 Manfaat Zat Aditif

Adapun manfaat dari Zat Aditif untuk meningkatkan performansi mesin mulai dari durabilitas, akselerasi sampai power mesin. Kegunaan lain dari Zat Aditif adalah sebagai berikut:

1. Membersihkan karburator/injektor pada saluran bahan bakar.

Endapan yang terjadi pada karburator umumnya terjadi karena adanya kontaminasi pada bahan bakar. Kontaminasi ini bisa terjadi misalnya karena tercampur dengan minyak tanah, tercampur dengan logam maupun senyawa lain yang disebabkan oleh proses kimia tertentu di saluran bahan bakar. Entah karena disengaja atau tidak, proses kimia ini dapat menghasilkan residu dan mengendap saat berada di saluran bahan bakar. Ketika kendaraan sedang tidak digunakan, maka tidak terjadi aliran bahan bakar ke ruang bakar. Dalam karburator/injector, kondisi diam ini memberi kesempatan residu dan deposit

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

untuk mengendap. Bahkan dalam jangka waktu yang lama dapat melekat pada dinding-dinding karburator dan saluran bahan bakar, sehingga walau bahan bakar sudah mengalir, deposit ini tidak terbawa ke ruang bakar.

2. Mengurangi karbon/endapan senyawa organik pada ruang bakar

Karbon/endapan senyawa organik terjadi ketika bahan bakar tidak terbakar sempurna. Semakin sering terjadi pembakaran yang tidak sempurna, karbon ini akan melekat dan semakin tebal. Kita mengetahuinya dengan bentuk kerak yang melekat pada ruang bakar. Jika kerak ini sudah begitu tebal dan keras, bukan tidak mungkin akan bergesekan dengan piston atau ring piston. Secara tidak langsung akan berpengaruh pada rasio kompresi, karena volume ruang bakar berubah atau kompresi yang bocor.

3. Menambah tenaga mesin

Secara umum, tenaga mesin dihasilkan dari pencampuran udara dan bahan bakar, lalu di ledakkan dalam ruang bakar. Namun hal ini akan tidak maksimal jika bahan bakar mengalami penurunan kualitas. Kualitas udara juga berpengaruh, tapi kita asumsikan semua spare part dalam kondisi normal, jadi udara bersih bisa didapatkan setelah melalui saringan udara. Seperti telah dijelaskan, penurunan kualitas bahan bakar terjadi karena adanya kadar air yang berlebih dan atau terkontaminasinya bahan bakar dengan senyawa lain 4. Mencegah korosi.

Dalam bahan bakar sendiri memang mengandung kadar air, akan tetapi dalam batas tertentu. Dengan kondisi wilayah tropis yang lembab, kadar ini dapat meningkat hingga melebihi batas. Air ini menyebabkan meningkatnya kemungkinan reaksi dengan udara dan logam tangki penyimpanan. Selain itu menyediakan media bagi bakteri aerob dan anaerob untuk berkembang biak dalam tangki dan saluran bahan bakar. Bakteri ini dapat menguraikan sulphur yang terkandung dalam bahan bakar, secara tidak langsung ion sulphur akan mengikat logam tangki sehingga tercipta korosi.

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Setiap bahan bakar minyak mengandung sulphur dalam jumlah sedikit, namun keberadaan sulphur ini tidak diharapkan, dikarenakan sulphur ini bersifat merusak. Dalam proses pembakaran sulphur akan teroksidasi dengan oksigen menghasilkan senyawa SO2 dan SO3 yang jika bertemu dengan air akan mengakibatkan korosi. Padahal dalam pembakaran yang sempurna pasti akan dihasilkan air. Jika dua senyawa tersebut bertemu maka akan menimbulkan korosi baik di ruang bakar maupun di saluran gas buang.Jika didiamkan korosi ini akan merusak tangki bahan bakar, tangki menjadi berlubang. Korosi ini pun bahkan bisa terbawa ke ruang bakar dan meninggalkan residu/kerak karbon jika tidak terbakar sempurna. Selain menghasilkan korosi kadar air ini dapat meninggalkan gum (senyawa berbentuk seperti lumut kecoklatan) yang menempel pada dinding tangki. 5. Menghemat BBM dan mengurangi emisi gas buang

Premium beroktan tinggi pada mobil yang memiliki spesifikasi oktan di atas 90 membuat konsumsi bahan bakar lebih irit. Ini disebabkan bensin lebih lama terbakar sehingga mesin bisa efisien. Dengan sedikit bahan bakar, bisa menghasilkan tenaga yang banyak, dengan menggunakan zat aditif akan memecah molekul bahan bakar menjadi lebih lembut sehingga menimbulkan reaksi seketika mudah terbakar dalam ruang bakar yang menjadi pembakaran lebih sempurna sehingga dapat meningkatkan tenaga & akselerasi. Kadar oktan dalam premium juga sering dikait-kaitkan dengan soal ramah lingkungan. Dengan menggunakan campuran zat aditif dan premium akan menjadikan kualitas premium yang bebas timbal sehingga ramah lingkungan. Faktor ramah lingkungan pada premium ditentukan oleh ada tidaknya kandungan timbal (tetraethyl lead/TEL) dalam premium

2.3 Motor Bensin

Motor bensin yang mengerakkan mobil penumpang, truk, sepeda motor, skuter, dan jenis kendaraan lain saat ini merupakan perkembangan dan perbaikan mesin yang sejak semula dikenal dengan motor Otto. Motor bensin dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi berfungsi sebagai penghasil loncatan api yang

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

akan menyalakan campuran udara dengan bahan bakar, karena hal ini maka motor bensin disebut juga sebagai Spark Ignition Engine. Sedangkan karburator merupakan tempat pencampuran udara dan bahan bakar [5].

Pada motor bensin, campuran udara dan bahan bakar yang dihisap ke dalam silinder dimampatkan dengan torak kemudian dibakar untuk memperoleh tenaga panas. Gas-gas hasil pembakaran dari bahan bakar akan meningkatkan suhu dan tekanan di dalam silinder, sehingga torak yang berada di dalam silinder akan bergerak turun-naik (bertranslasi) akibat menerima tekanan yang tinggi. 2.3.1 Cara Kerja Motor Bensin 4 Langkah

Motor bensin dapat dibedakan atas 2 jenis yaitu motor bensin 2-langkah dan motor bensin 4-langkah. Pada motor bensin 2-langkah, siklus terjadi dalam dua gerakan torak atau dalam satu putaran poros engkol. Sedangkan motor bensin 4-langkah, pada satu siklus tejadi dalam 4-langkah. Langkah langkah yang terjadi pada motor bensin 4 langkah dapat dilihat pada gambar 2.1 dibawah ini :

Gambar 2.1 Siklus Otto Ideal

Langkah-langkah yang terjadi pada motor bensin 4 langkah adalah : 1. Langkah isap

Pada langkah isap (0–1), campuran udara yang telah bercampur pada karburator diisap ke dalam silinder (ruang bakar). Torak bergerak turun dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB) yang akan

4

TM

0 1

2

V P

3

TM

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

menyebabkan kehampaan (vacum) di dalam silinder, maka dengan demikian campuran udara dan bahan bakar (bensin) akan diisap ke dalam silinder. Selama langkah torak ini, katup isap akan terbuka dan katup buang akan menutup.

2. Langkah Kompresi

Pada langkah kompresi (1–2), campuran udara dan bahan bakar yang berada di dalam silinder dimampatkan oleh torak, dimana torak akan bergerak dari TMB ke TMA dan kedua katup isap dan buang akan menutup, sedangkan busi akan memercikan bunga api dan bahan bakar mulai terbakar akibatnya terjadi proses pemasukan panas pada langkah 2-3.

3. Langkah Ekspansi

Pada langkah ekspansi (3–4), campuran udara dan bahan bakar yang diisap telah terbakar. Selama pembakaran, sejumlah energi dibebaskan, sehingga suhu dan tekanan dalam silinder naik dengan cepat. Setelah mencapai TMA, piston akan didorong oleh gas bertekanan tinggi menuju TMB. Tenaga mekanis ini diteruskan ke poros engkol. Saat sebelum mencapai TMB, katup buang terbuka, gas hasil pembakaran mengalir keluar dan tekanan dalam silinder turun dengan cepat.

4. Langkah Pembuangan

Pada langkah pembuangan (4–1-0), torak terdorong ke bawah menuju TMB dan naik kembali ke TMA untuk mendorong ke luar gas-gas yang telah terbakar di dalam silinder. Selama langkah ini, katup buang membuka sedangkan katup isap menutup.

Pada motor bensin 4-langkah, poros engkol berputar sebanyak dua putaran penuh dalam satu siklus dan telah menghasilkan satu tenaga . Cara kerja motor bensin 4 langkah ini dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut:

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Gambar 2.2 . Cara kerja motor bensin 4 langkah 2.3.2 Performansi Motor Bensin

Ada beberapa hal yang mempengaruhi performansi motor bensin, antara lain besarnya perbandingan kompresi, tingkat homogenitas campuran bahan bakar dengan udara, angka oktan bensin sebagai bahan bakar, tekanan udara masuk ruang bakar. Semakin besar perbandingan udara motor akan semakin efisien, akan tetapi semakin besar perbandingan kompresi akan menimbulkan knocking pada motor yang berpotensi menurunkan daya motor, bahkan bisa menimbulkan kerusakan serius pada komponen motor. Untuk mengatasi hal ini maka harus dipergunakan bahan bakar yang memiliki angka oktan tinggi. Angka oktan pada bahan bakar motor Otto menunjukkan kemampuannya menghindari terbakarnya campuran udara bahan bakar sebelum waktunya (self ignition) yang menimbulkan knocking tadi. Untuk memperbaiki kualitas campuran bahan bakar dengan udara maka aliran udara dibuat turbulen, sehingga diharapkan tingkat homogenitas campuran akan lebih baik.

1. Torsi dan Daya

Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan

dynamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena sifat

dynamometer yang bertindak seolah–olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering disebut sebagai daya rem (Brake Power).

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

B

P = n T

60 . . 2π

... (2.1) dimana :P = Daya keluaran (Watt) _B

n = Putaran mesin (rpm) T = Torsi (N.m)

2. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (specific fuel consumption, sfc)

Konsumsi bahan bakar spesifik adalah parameter unjuk kerja mesin yang berhubungan langsung dengan nilai ekonomis sebuah mesin, karena dengan mengetahui hal ini dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah daya dalam selang waktu tertentu.

Bila daya rem dalam satuan kW dan laju aliran massa bahan bakar dalam satuan kg/jam, maka :

Sfc = B f P x m 3 . 10

... (2.2)

dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h).

. f

m = laju aliran bahan bakar (kg/jam).

Besarnya laju aliran massa bahan bakar ( .

f

m ) dihitung dengan persamaan

berikut : 3600 10 . . 3 x t V sg m f f f f −

= ... (2.3) dimana : sg_f = spesific gravity.

V_f = volume bahan bakar yang diuji. f

t = waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

3. Perbandingan Udara Bahan Bakar (AFR)

Untuk memperoleh pembakaran sempurna, bahan bakar harus dicampur dengan udara dengan perbandingan tertentu. Perbandingan udara bahan bakar ini disebut dengan Air Fuel Ratio (AFR), yang dirumuskan sebagai berikut :

AFR = _. .

f a

m m

... (2.4) dimana : ma = laju aliran masa udara (kg/jam).

Besarnya laju aliran massa udara (ma) juga dapat diketahui dengan membandingkan hasil pembacaan manometer terhadap kurva viscous flow meter

calibration. Kurva kalibrasi ini dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara

1013 milibar dan temperatur 20 0C, oleh karena itu besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi (Cf) berikut :

f

C = 3564 x P x _a

5 , 2 ) 114 ( a a T T +

…...….. (2.5) dimana : Pa = tekanan udara (Pa)

Ta = temperatur udara (K) 4. Effisiensi Volumetris

Jika sebuah mesin empat langkah dapat menghisap udara pada kondisi isapnya sebanyak volume langkah toraknya untuk setiap langkah isapnya, maka itu merupakan sesuatu yang ideal. Namun hal itu tidak terjadi dalam keadaan sebenarnya, dimana massa udara yang dapat dialirkan selalu lebih sedikit dari perhitungan teoritisnya. Penyebabnya antara lain tekanan yang hilang (losses) pada sistem induksi dan efek pemanasan yang mengurangi kerapatan udara ketika memasuki silinder mesin. Efisiensi volumetrik (ηv) dirumuskan dengan persamaan berikut :

v

η =

rak langkah to olume sebanyak v udara Berat terisap yang segar udara Berat

... (2.6)

Berat udara segar yang terisap =

n ma 2 . 60

.

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Berat udara sebanyak langkah torak = ρ_a. V ... (2.8) _s

Dengan mensubstitusikan persamaan diatas, maka besarnya effisiensi volumetris :

v

η =

n ma . 60 . 2 . . s a.V

1

ρ ... (2.9)

dengan : ρ_a = kerapatan udara (kg/m3) s

V = volume langkah torak = 0,3714 x 10-3 (m3). [spesifikasi mesin] Diasumsikan udara sebagai gas ideal, sehingga massa jenis udara dapat diperoleh dari persamaan berikut :

a

ρ = a a

T R

P

. ………...… (2.10) Dimana : R = konstanta gas (untuk udara = 287 J/ kg.K)

5. Effisiensi Thermal Brake

Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston karena sejumlah energi hilang akibat adanya rugi–rugi mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini sering disebut sebagai efisiensi termal brake (brake thermal

efficiency, η_b). b

η =

masuk yang panas Laju aktual keluaran Daya ...(2.11) Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut :

Q = .

f

m . LHV ...(2.12)

dimana, LHV = nilai kalor bawah bahan bakar (kJ/kg)

Jika daya keluaran (P ) dalam satuan kW, laju aliran bahan bakar _B

. f

m dalam

satuan kg/jam, maka : b

η =

LHV m P f B .

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

2.4. Teori Pembakaran

Pembakaran adalah reaksi kimia, yaitu elemen tertentu dari bahan bakar setelah dinyalakan dan digabung dengan oksigen akan menimbulkan panas sehingga menaikkan suhu dan tekanan gas. Elemen mampu bakar (combustable) yang utama adalah karbon (C) dan hidrogen (H), elemen mampu bakar yang lain namun umumnya hanya sedikit terkandung dalam bahan bakar adalah sulfur (S). Oksigen yang diperlukan untuk pembakaran diperoleh dari udara yang merupakan campuran dari oksigen dan nitrogen.

Nitrogen adalah gas lembam dan tidak berpartisipasi dalam pembakaran. Selama proses pembakaran, butiran minyak bahan bakar dipisahkan menjadi elemen komponennya yaitu hidrogen dan karbon dan masing-masing bergabung dengan oksigen dari udara secara terpisah. Hidrogen bergabung dengan oksigen untuk membentuk air dan karbon bergabung dengan oksigen menjadi karbon dioksida. Jika oksigen yang tersedia tidak cukup, maka sebagian dari karbon akan bergabung dengan oksigen dalam bentuk karbon monoksida. Pembentukan karbon monoksida hanya menghasilkan 30 % panas dibandingkan panas yang timbul oleh pembentukan karbon dioksida.

2.5 Nilai Kalor Bahan Bakar

Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Bedasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nili kalor bawah.

Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

HHV = 33950 C + 144200    



 ₋

8

2 2

O

H + 9400 S ...(2.14) HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)

C = Persentase karbon dalam bahan bakar H2 = Persentase hidrogen dalam bahan bakar O2 = Persentase oksigen dalam bahan bakar S = Persentase sulfur dalam bahan bakar

Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya.

Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada didalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :

LHV = HHV – 2400 (M + 9 H2)...(2.15) LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)

M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical

Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan

peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV).

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

2.6 Emisi Gas Buang

Bahan pencemar (polutan) yang berasal dari kendaraan bermotor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori sebagai berikut :

1. Sumber

Polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder. Polutan primer seperti nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) langsung dibuangkan ke udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan. Polutan sekunder seperti ozon (O3) dan peroksiasetil nitrat (PAN) adalah polutan yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi.

2. Komposisi Kimia

Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik mengandung karbon dan hidrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen, nitrogen, sulfur atau fosfor, contohnya : hidrokarbon, keton, alkohol, ester dan lain-lain. Polutan inorganik seperti : karbon monoksida (CO), karbonat, nitrogen oksida, ozon dan lainnya.

3. Bahan Penyusun

Polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi padatan dan cairan seperti : debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat bertahan di atmosfer. Sedangkan polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer dan bercampur dengan udara bebas.

a.) Partikulat

Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan membentuk asap. Fasa padatan tersebut berasal dari pembakaran tak sempurna bahan bakar dengan udara, sehingga terjadi tingkat ketebalan asap yang tinggi. Selain itu partikulat juga mengandung timbal yang merupakan bahan aditif untuk meningkatkan kinerja pembakaran bahan bakar pada mesin kendaraan.

Apabila butir-butir bahan bakar yang terjadi pada penyemprotan kedalam silinder motor terlalu besar atau apabila butir–butir berkumpul menjadi satu, maka akan terjadi dekomposisi yang menyebabkan terbentuknya karbon–karbon padat atau angus. Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang bertemperatur tinggi, tetapi penguapan dan pencampuran bahan bakar dengan udara yang ada

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

didalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna, terutama pada saat–saat dimana terlalu banyak bahan bakar disemprotkan yaitu pada waktu daya motor akan diperbesar, misalnya untuk akselerasi, maka terjadinya angus itu tidak dapat dihindarkan. Jika angus yang terjadi itu terlalu banyak, maka gas buang yang keluar dari gas buang motor akan bewarna hitam.

b.) Unburned Hidrocarbon (UHC)

Hidrokarbon yang tidak terbakar dapat terbentuk tidak hanya karena campuran udara bahan bakar yang gemuk, tetapi bisa saja pada campuran kurus bila suhu pembakarannya rendah dan lambat serta bagian dari dinding ruang pembakarannya yang dingin dan agak besar. Motor memancarkan banyak hidrokarbon kalau baru saja dihidupkan atau berputar bebas (idle) atau waktu pemanasan.

Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pemancaran hidrokarbon. Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan bakar, di tangki bahan bakar dan dari kebocoran gas yang melalui celah antara silinder dari torak masuk kedalam poros engkol, yang disebut dengan blow by

gasses (gas lalu). Pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga menghasilkan

gas buang yang mengandung hidrokarbon. Hal ini pada motor diesel terutama disebabkan oleh campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas mampu bakar.

c.) Carbon Monoksida (CO)

Karbon dan Oksigen dapat bergabung membentuk senyawa karbon monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon dioksida (CO2) sebagai hasil pembakaran sempurna. Karbon monoksida merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang tidak berwarna. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bahan bakar (kira–kira 85 % dari berat dan sisanya hidrogen) terbakar tidak sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran udara bahan bakar lebih gemuk dari pada campuran stoikiometris, dan terjadi

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

selama idling pada beban rendah atau pada output maksimum. Karbon monoksida tidak dapat dihilangkan jika campuran udara bahan bakar gemuk. Bila campuran kurus karbon monoksida tidak terbentuk.

d.) Oksigen (O2)

Oksigen (O2) sangat berperan dalam proses pembakaran, dimana oksigen tersebut akan diinjeksikan keruang bakar. Dengan tekanan yang sesuai akan mengakibatkan terjadinya pembakaran bahan bakar.

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Pengujian dilakukan di laboratorium motor bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Waktu penelitian dari bulan Juli sampai bulan Agustus

3.2 Bahan dan Alat 3.2.1 Bahan

Bahan yang menjadi objek pengujian ini adalah bahan bakar premium dan campuran premium-fuel vitamin dengan kadar:

1. 4 liter Premium + 100 ml zat aditif ( C1:40 ). 2. 4 liter Premium + 200 ml zat aditif ( C2:40 ). 3. 4 liter Premium + 300 ml zat aditif ( C3:40 ). 3.2.2 Alat

Alat yang dipakai dalam eksperimental ini terdiri dari :

1. Mesin bensin 4-langkah 4-silinder ( TecQuipment type. TD4A 024 ). 2. Bom kalorimeter untuk mengukur nilai kalor bahan bakar.

3. Untuk emisi gas buang menggunakan alat uji auto gas analizer.

4. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci Inggris, kunci ring, kunci L, obeng, tang, palu, kertas amplas dan lain sebagainya.

5. Stop watch, untuk menentukan waktu yang dibutuhkan mesin uji untuk

menghabiskan bahan bakar dengan volume sebanyak 50 ml.

6. Termometer, untuk menghitung perubahan suhu yang terjadi antara sebelum masuk dan setelah keluar air cooler.

3.3 Metode Pengumpulan Data

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

a. Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada masing-masing pengujian.

b. Data sekunder, merupakan data yang diperoleh dari spesifikasi bahan aditif yang digunakan dan data mengenai karakteristik bahan bakar premium dari PT Pertamina.

3.4 Metode Pengolahan Data

Data yang diperoleh dari data primer dan data sekunder diolah ke dalam rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.

3.5 Pengamatan dan tahap pengujian

Pada penelitian yang akan diamati adalah : 1. Parameter torsi (T) dan parameter daya (PB). 2. Parameter konsumsi bahan bakar spesifik (sfc). 3. Rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR). 4. Efisiensi volumetris (η_v).

5. Effisiensi thermal brake (η_b). 6. Parameter komposisi gas buang.

Prosedur pengujian dapat dibagi beberapa tahap, yaitu : 1. Pengujian nilai kalor bahan bakar.

2. Pengujian motor bensin dengan bahan bakar premium murni.

3. Pengujian motor bensin dengan bahan bakar campuran premium-zat aditif.

3.6 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar

Alat yang digunakan dalam pengukuran nilai kalor bahan bakar ini adalah alat uji “Bom Kalorimeter”.

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

s

Gambar 3.1 Bom kalorimeter. Peralatan yang digunakan meliputi :

- Kalorimeter, sebagai tempat air pendingin dan tabung bom. Gambar 3.1 Bom Kalorimeter

- Tabung bom, sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang diuji. - Tabung gas oksigen.

- Alat ukur tekanan gas oksigen, untuk mengukur jumlah oksigen yang dimasukkan ke dalam tabung bom.

- Termometer, dengan akurasi pembacaan skala 0.01 0C.

- Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin. - Spit, untuk menentukan jumlah volume bahan bakar.

- Pengatur penyalaan (saklar), untuk menghubungkan arus listrik ke tangkai penyala pada tabung bom.

- Kawat penyala (busur nyala), untuk menyalakan bahan bakar yang diuji. - Cawan, untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom.

- Pinset untuk memasang busur nyala pada tangkai penyala, dan cawan pada dudukannya.

Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Mengisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diuji.

2. Menggulung dan memasang kawat penyala pada tangkai penyala yang ada pada penutup bom.

3. Menempatkan cawan yang berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala, serta mengatur posisi kawat penyala agar berada tepat diatas permukaan bahan bakar yang berada didalam cawan dengan menggunakan pinset.

1

2 3

4

5

Keterangan :

1. Tabung gas oksigen 2. Termometer

3. Elektromotor 4. Kalorimeter 5. Tabung bom

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

4. Meletakkan tutup bom yang telah dipasangi kawat penyala dan cawan berisi bahan bakar pada tabungnya serta dikunci dengan ring “O”sampai rapat. 5. Mengisi bom dengan oksigen (30 bar).

6. Mengisi tabung kalorimeter dengan air pendingin sebanyak 1250 ml. 7. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam tabung kalorimeter. 8. Menghubungkan tangkai penyala penutup bom ke kabel sumber arus listrik. 9. Menutup kalorimeter dengan penutupnya yang dilengkapi dengan pengaduk. 10.Menghubungkan dan mengatur posisi pengaduk pada elektromotor.

11.Menempatkan termometer melalui lubang pada tutup kalorimeter.

12.Menghidupkan elektromotor selama 5 (lima) menit kemudian membaca dan mencatat temperatur air pendingin pada termometer.

13.Menyalakan kawat penyala dengan menekan saklar.

14.Memastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan memperhatikan lampu indikator selama elektromotor terus bekerja .

15.Membaca dan mencatat kembali temperatur air pendingin setelah 5 (lima) menit dari penyalaan berlangsung.

16.Mematikan elektromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk pengujian berikutnya.

17.Mengulang pengujian sebanyak 5 (lima) kali berturut–turut.

Diagram alir pengujian nilai kalor bahan bakar yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.2

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Gambar 3.2 Diagram alir Pengujian nilai kalor bahan bakar

Mulai

 Berat sampel bahan

bakar 0,15 gram

 Volume air

pendingin: 1250 ml

 Tekanan oksigen 30 Bar

Melakukan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit

Mencatat temperatur air pendingin T1 (OC)

Menyalakan bahan bakar

Mencatat kembali temperatur air pendingin T2 (OC)

Melanjutkan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit

Menghitung HHV bahan bakar :

HHV = (T2 – T1 – Tkp) x Cv x 1000 ( J/kg )

Pengujian = 5 kali

HHVRata - rata = 5 5

1 i iΣ= HHV

( J/kg)

Selesai

a

b

a

b

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

3.7 Prosedur Pengujian Performansi Motor Bensin

Disini dilakukan pengujian dengan menggunakan motor bensin 4-langkah 4-silinder (TecQuipment type. TD4A 024).

Gambar 3.3.a Instrumentation Stroke Otto Engine

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Tabel 3.1 Spesifikasi Motor Bensin TD4A 024 4-langkah

TD4A 024 4-Stroke Otto Engine

Type TecQuipment TD4A 024 Langkah dan diameter 73,0 mm dan 80,5 mm Kompresi ratio 10 : 1

Kapasitas 1,486 liter Firing order 1-3-4-2

Sumber : Panduan Praktikum Motor Bakar Bensin Laboratorium Motor Bakar

Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

Mesin ini juga dilengkapi dengan TD4A 024 Instrumentation Unit dengan spesifikasi sebagai berikut :

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Tabel 3.2 Spesifikasi TD4A 024 Instrument Unit TD4 A 024 Instrument Unit

Fuel Tank Capasity 10 liters

Fast Flow Pipette Graduated in 8 ml, 16 ml and 32 ml Tachometer 0–5000 rev/min

Torque Meter 0–80 Nm Exhaust Temperature Meter 0–1200 0C

Air Flow Manometer Calibrated 0–40 mm water gauge

Sumber : Panduan Praktikum Motor Bakar Bensin Laboratorium Motor Bakar

Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU

Pada pengujian ini, akan diteliti performansi motor bensin serta komposisi emisi gas buang. Pengujian ini dilakukan pada 5 tingkat putaran mesin, yaitu: 2000, 2500, 3000, 3500 dan 4000 rpm serta 2 variasi beban yaitu : 10 kg dan 25 kg.

Sebelum pengujian dilakukan, terlebih dahulu dilakukan pengkalibrasian terhadap torquemeter yang terdapat pada instrumentasi mesin uji dengan langkah-langkah sebagai berikut :

1. Menghubungkan unit instrumentasi mesin ke sumber arus listrik. 2. Memutar tombol span searah jarum jam sampai posisi maksimum. 3. Mengguncangkan/menggetarkan mesin pada bagian lengan beban.

4. Memutar tombol zero, hingga jarum torquemetre menunjukkan angka nol. 5. Memastikan bahwa penunjukan angka nol oleh torquemeter telah akurat

dengan mengguncangkan mesin kembali.

6. Menggantung beban sebesar 10 kg pada lengan beban.

7. Mengguncangkan/menggetarkan mesin sampai posisi jarum torquemeter menunjukkan angka yang tetap.

8. Melepaskan beban dari lengan beban.

Pengkalibrasian ini dilakukan setiap kali akan dilakukan pengujian sebelum mesin dihidupkan. Setelah dilakukan pengkalibrasian, maka pengujian dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

1. Menghidupkan pompa air pendingin dan memastikan sirkulasi air pendingin mengalir dengan lancar melalui mesin.

2. Menghidupkan mesin dengan cara memutar starter, memanaskan mesin selama 10 menit pada putaran rendah (± 2000 rpm).

3. Mengatur putaran mesin pada 2000 rpm dengan menggunakan tuas kecepatan dan memastikannya melalui pembacaan tachometer.

4. Menggantung beban sebesar 10 kg pada lengan beban.

5. Menutup saluran bahan bakar dari tangki dengan memutar katup saluran bahan bakar sehingga permukaan bahan bakar didalam pipette turun.

6. Mencatat waktu yang dibutuhkan mesin untuk menghabiskan 50 ml bahan bakar dengan menggunakan stopwatch dengan memperhatikan ketinggian permukaan bahan bakar didalam pipette.

7. Mencatat torsi melalui pembacaan torquemeter, temperatur gas buang melalui

exhaust temperature meter, tekanan udara masuk melalui air flow manometer

dan temperatur air masuk dan keluar melalui termometer.

8. Membuka katup bahan bakar sehingga pipette kembali terisi oleh bahan bakar yang berasal dari tangki.

9. Mengulang pengujian untuk variasi putaran dan beban mesin.

Diagram alir pengujian performansi motor bakar bensin yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.5.

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Gambar 3.5 Diagram alir pengujian performansi motor bensin Mulai

 Volume Uji bahan bakar : 50 ml

 Temperatur udara : 27 OC

 Tekanan udara: 1 bar

 Putaran: n rpm

 Beban: m kg

 Mencatat waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan 50 ml bahan bakar.

 Mencatat torsi

 Mencatat temperatur gas buang

 Mencatat tekanan udara masuk mm H2O

Menganalisa data hasil pembacaan alat ukur dengan rumus empiris

Mengulang pengujian dengan beban, putaran yang berbeda.

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

3.8 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang

Pengujian emisi gas buang yang dilakukan meliputi kadar CO, CO2, UHC, dan O2 yang terdapat pada hasil pembakaran bahan bakar . Pengujian ini dilakukan bersamaan dengan pengujian unjuk kerja motor bensin dimana gas buang yang dihasilkan oleh mesin uji pada saat pengujian diukur untuk mengetahui kadar emisi dalam gas buang. Pengujian emsi gas buang yang dilakukan dalam penelitian ini menggunakan alat auto logic gas analyzer. Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bensin yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.7.

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Gambar 3.7 Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bensin Mulai

Menyambungkan perangkat autogas analizer ke komputer

Mengosongkan kandungan gas dalam auto logic gas analyzer

Memasukkan gas fitting kedalam knalpot motor bakar

Menunggu kira-kira 2 menit hingga pembacaan stabil dan melihat

tampilannya di komputer

Mengulang pengujian dengan beban dan putaran yang berbeda

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

BAB IV

HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN

4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar

Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan (T1 dan T2) yang telah diperoleh pada pengujian “Bom Kalorimeter” selanjutnya digunakan untuk menghitung nilai kalor atas bahan bakar (HHV) dengan persamaan berikut :

HHV = (T2 – T1 – Tkp) x Cv ( kJ/kg ) ... Lit 9 hal 12 dimana:

HHV = Nilai kalor atas ( High Heating Value )

T1 = Temperatur air pendingin sebelum penyalaan ( 0C ) T2 = Temperatur air pendingin sesudah penyalaan ( 0C ) Cv = Panas jenis bom kalorimeter ( 73529,6 kJ/kg 0C ) Tkp = Kenaikan temperatur akibat kawat penyala ( 0,05 0C ) Pada pengujian pertama bahan bakar premium , diperoleh : T1 = 26,25 0C

T2 = 26,93 0C, maka:

HHV(premium) = (26,93 – 26,25 – 0,05 ) x 73529,6 = 46323.65 kj/kg

Standar nilai kalor premium adalah 48000 kj/kg (sumber :www.engineering tool box.com), karena dalam pengujian premium menggunakan bom kalorimeter didapat HHV sebesar 47058,94 kJ/kg, maka pada pengujian ini, digunakan faktor koreksi (fk) sebesar :

02 , 1 94 , 47058

48000

=

Sehingga harga nilai kalor bahan bakar menjadi : HHV(premium) = 46323,65 kj/kg × 1,02

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Pada pengujian pertama bahan bakar campuran zat aditif dengan premium C1:40 , diperoleh :

T1 = 24,61 0C T2 = 25,27 0C, maka:

HHV(C1:40) = (25,27 – 24,61 – 0,05 ) × 73529,6 = 44853.06kj/kg × 1,02 (faktor koreksi)

= kj/kg

= 47286,89 kj/kg

Pada pengujian pertama bahan bakar campuran zat aditif dengan premium C2:40 , diperoleh :

T1 = 25,28 0C T2 = 26,03 0C, maka:

HHV(C2:40) = (26,03 – 25,28 – 0,05 ) × 73529,6 = 51470.72kj/kg × 1,02 (faktor koreksi)

= kj/kg

= 50661,89 kj/kg

Pada pengujian pertama bahan bakar campuran zat aditif dengan premium C3:40 , diperoleh :

T1 = 24,69 0C T2 = 25,43 0C, maka:

HHV(C3:40) = (25,43 – 24,69 – 0,05 ) × 73529,6 = 50735.42kj/kg × 1,02 (faktor koreksi)

= kj/kg

= 50286,89 kj/kg

Keterangan : C1:40 = Campuran100 ml aditif + 4000 ml premium C2:40 = Campuran 200 ml aditif + 4000 ml premium C3:40 = Campuran 300 ml aditif + 4000 ml premium

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Cara perhitungan yang sama dilakukan untuk menghitung nilai kalor pada pengujian kedua hingga kelima. Selanjutnya untuk memperoleh harga nilai kalor rata–rata bahan bakar digunakan persamaan berikut ini :

HHVRata - rata =

5

5

1 i iΣ= HHV

( kJ/kg )

Besarnya nilai kalor bawah (LHV) pembakaran bahan bakar dapat dihitung dengan persamaan berikut:

LHV(rata-rata) = HHV(rata-rata) – 3240 ... Lit 9 hal 12 Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar premium:

LHV(rata-rata) = 48000,12 – 3240 = 47196.89 kJ/kg

Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar campuran premium dan zat aditif C1:40 ;

LHV(rata-rata) = 48711,89 – 3240 = 45471,89 kJ/kg

Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar campuran premium dan zat aditif C2:40 ;

LHV(rata-rata) = 50436,89 – 3240 = 47196,89 kJ/kg

Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar campuran premium dan zat aditif C3:40 ;

LHV(rata-rata) = 49536,89 – 3240 = 46296,89 kJ/kg

Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan serta hasil perhitungan untuk nilai kalor pada pengujian pertama hingga kelima dan nilai kalor rata–rata bahan bakar premium, campuran zat aditif dengan premium C1:40, C2:40 dan C3:40 dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter BAHAN

BAKAR No.Pengujian T1(OC) T2(OC)

HHV (kj/kg) HHV rata-rata (kj/kg) LHV rata-rata (kj/kg) C1:40

1 _{24.61 25.27 47286.89}

48711.89 45471,89

2 25.57 26.29 49536.89 3 26.4 27.15 50661.89 4 _{27.35 28.07 49536.89} 5 28.24 28.88 46536.88 C2:40

1 25.28 26.03 50661.89

50436.89 47196,89

2 26.28 27.02 50286.89 3 27.21 27.97 51036.9 4 28.02 28.76 50286.89 5 25.65 26.38 49911.89

C3:40

1 24.69 25.43 50286.89

49536.89 46296,89

2 25.65 26.4 50661.89 3 26.65 27.31 47286.89 4 27.39 28.12 49911.89 5 28.2 28.92 49536.89

Premium

1

26.25 26.93 47250.12

48000.12 44760,12 2

27.12 27.82 48750.12 3

28.95 29.64 48000.12 4

24.62 25.3 47250.12 5

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Perbandingan nilai kalor atas (HHV) dan nilai kalor bawah (LHV) masing-masing dapat dilihat pada gambar dibawah.

Gambar 4.1 Grafik HHV dan LHV vs jenis bahan bakar

Dari hasil penelitian ditunjukkan bahwa harga HHV dan LHV campuran zat aditif dengan premium lebih tinggi dari premium, hal ini diakibatkan adanya peningkatan nilai octane dalam bahan bakar campuran zat aditif dengan premium.

4.2 Pengujian Performansi Motor Bensin

Data yang diperoleh dari pembacaan langsung alat uji mesin bensin

4-langkah 4-silinder (TecQuipment type. TD4A 024) melalui unit instrumentasi dan

perlengkapan yang digunakan pada saat pengujian antara lain :

♦ Putaran (rpm) melalui tachometre.

♦ Torsi (N.m) melalui torquemetre.

♦ Tinggi kolom udara (mm H2O), melalui pembacaan air flow manometre.

♦ Temperatur gas buang (oC), melalui pembacaan exhaust temperature metre.

♦ Waktu untuk menghabiskan 50 ml bahan bakar (s), melalui pembacaan

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

4.2.1 Torsi

Pada tabel 4.2 dapat dilihat besarnya torsi untuk masing–masing pengujian daya mesin baik dengan menggunakan bahan bakar campuran zat aditif dengan perbandingan C1:40, C2:40, C3:40 maupun premium murni pada berbagai kondisi pembebanan dan putaran.

Tabel 4.2 Data hasil perhitungan untuk torsi

Beban

(kg)

Putaran

(rpm)

Torsi (Nm)

Premium C1:40 C2:40 C3:40

10

2000 40 44 48 46.5

2500 38 42 45 44

3000 36 39 43 42

3500 34.5 36.5 40 39.5

4000 32 34 37 36

25

2000 76 79.5 84 81

2500 73 76 80 79

3000 71.5 74 78.5 77

3500 69 71 75 74

4000 66 68 72 70.5

• Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.2), torsi terendah mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar premium pada putaran 4000 rpm yaitu sebesar 32 N.m. Sedangkan torsi tertinggi mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar campuran zat aditif dengan premium C2:40 pada putaran 4000 sebesar 48 N.m.

• Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.2) , torsi terendah mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar premium pada putaran 4000 rpm yaitu 66 N.m. Sedangkan torsi tertinggi mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar campuran zat aditif dengan premium C2:40 pada putaran 2000 sebesar 84 N.m.

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Torsi terendah terjadi ketika menggunakan bahan bakar premium pada putaran 4000 rpm dan beban 10 kg yaitu sebesar 32 N.m. Sedangkan torsi tertinggi terjadi ketika menggunakan bahan bakar campuran zat aditif dengan premium C2:40 pada beban 25 kg dan putaran 2000 rpm sebesar 84 N.m.

Gambar 4.2 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg

Torsi mengalami kenaikan pada C1:40 dan C2:40, akan tetapi menurun pada C3:40. Hal ini diakibatkan nilai kalor bahan bakar juga semakin menurun. Sehingga dapat disimpulkan bahwa campuran tidak efisien.

Besarnya energi hasil pembakaran suatu bahan bakar sangat dipengaruhi oleh nilai kandungan energi bahan bakar tersebut yang disebut dengan nilai kalor, karena nilai kalor C1:40 ; C2:40 dan C3:40 lebih besar dari premium maka torsi yang dihasilkan pun lebih besar jika dibandingkan dengan bahan bakar premium.

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

4.2.2 Daya

Besarnya daya yang dihasilkan dari masing-masing jenis bahan bakar pada tiap kondisi pembebanan dan putaran dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

P =_B n T

60 . . 2π

dimana :P = Daya keluaran (Watt) _B

n = Putaran mesin (rpm) T = Torsi (N.m)

Dengan memasukkan harga torsi yang telah diperoleh sebelumnya pada pengujian seperti yang terdapat pada tabel 4.2, maka :

Untuk jenis bahan bakar campuran zat aditif dengan premium C1:40 dan beban 10 kg pada setiap putaran

- N = 2000 rpm B

P = 44 60 2000 . . 2 x π

= 9211W = 9,211 kW - N = 2500 rpm

B

P = 42 60 2500 . . 2 x π

= 10990 W = 10,990 kW

- N = 3000 rpm B

P = 39 60 3000 . . 2 x π

= 12246 W = 12,246 kW

Dengan cara perhitungan yang sama untuk setiap jenis bahan bakar, variasi putaran dan beban, maka hasil perhitungan daya untuk setiap kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel 4.3.

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Tabel 4.3 Data hasil perhitungan untuk daya

Beban

(kg)

Putaran

(rpm)

Daya (kW)

Premium C1:40 C2:40 C3:40

10

2000 8.373 9.211 10.048 9.734

2500 9.943 10.990 11.775 11.513

3000 11.304 12.246 13.502 13.188

3500 12.639 13.371 14.653 14.470

4000 13.397 14.235 15.491 15.072

25

2000 15.909 16.642 17.584 16.956

2500 19.102 19.887 20.933 20.672

3000 22.451 23.236 24.649 24.178

3500 25.277 26.010 27.475 27.109

4000 27.632 28.469 30.144 29.516

• Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.3), daya terendah mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar premium yaitu sebesar 8,373 kW. Sedangkan daya tertinggi terjadi pada pengujian dengan menggunakan campuran zat aditif dengan premium C2:40 pada putaran 4000 sebesar sebesar 15,491 kW.

• Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.3), daya terendah mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar premium pada putaran 2000 rpm sebesar 15,909 kW. Sedangkan daya tertinggi terjadi saat menggunakan bahan bakar campuran zat aditif dengan premium C2:40 pada putaran 4000 sebesar 30,144 kW

Daya terendah terjadi ketika menggunakan bahan bakar premium pada beban 10 kg dan putaran 2000 rpm yaitu 8,373 kW. Sedangkan daya tertinggi terjadi ketika menggunakan bahan bakar campuran zat aditif dengan premium C2:40 pada putaran 4000 dan beban 25 kg yaitu sebesar 30,144 kW

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Perbandingan besarnya daya untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.3

Gambar 4.3 Grafik Daya vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg

Dapat dilihat pada gambar 4.3 pada campuran zat aditif dengan premium C1:40 pada setiap putaran daya mengalami kenaikan dibandingkan dengan premium murni, begitu juga terhadap campuran C2:40. Namun, pada campuran C3:40 daya mulai mengalami penurunan dibandingkan dengan campuran sebelumnya akan tetapi masih berada diatas daya premium murni.

Besar kecil daya mesin bergantung pada besar kecil torsi yang didapat. Daya yang dihasilkan mesin dipengaruhi oleh putaran poros engkol yang terjadi akibat dorongan piston yang dihasilkan karena adanya pembakaran bahan bakar

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

dengan udara. Jika konsumsi bahan bakar dan udara diperbesar maka akan semakin besar pula daya yang dihasilkan mesin. Semakin cepat poros engkol berputar maka akan semakin besar daya yang dihasilkan.

4.2.3 Konsumsi bahan bakar spesifik

Konsumsi bahan bakar spesifik (Specific fuel consumption, Sfc) dari masing–masing pengujian pada tiap variasi beban dan putaran dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

Sfc = B f P x m 3 . 10

dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h)

. f

m = laju aliran bahan bakar (kg/jam)

Besarnya laju aliran massa bahan bahan bakar ( .

f

m ) dihitung dengan

persamaan berikut :

3600 10 . . 3 x t V sg m f f f f − = dimana : f

sg = spesific gravity

f

V = Volume bahan bakar yang diuji (dalam hal ini 50 ml). f

t = waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji (detik).

Harga sg_f untuk zat aditif adalah 0,84 dan untuk premium adalah 0.739,sedangkan untuk bahan bakar yang merupakan campuran antara fuel vitamin dengan premium, harga sg_f -nya dihitung dengan menggunakan rumus pendekatan berikut :

f

sg Cxx = ( C x 0,84 ) + ( P x 0,739 )

Dengan:

C = Persentase kandungan zat aditif dalam bahan bakar campuran P = Persentase kandungan premium dalam bahan bakar campur

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Untuk bahan bakar campuran zat aditif dengan premium dengan perbandingan C1:40 maka :

f

sg (C1:40) = ( 100/4100 x 0,84 ) + ( 4000/4100 x 0,739 ) = 0,742

Untuk bahan bakar campuran zat aditif dengan premium dengan perbandingan C2:40 maka :

f

sg (C2:40) = ( 200/4200 x 0,84 ) + ( 4000/4200 x 0,739 ) = 0,744

Untuk bahan bakar campuran zat aditif dengan premium dengan perbandingan C3:40 maka :

f

sg (C3:40) = ( 300/4300 x 0,84 ) + ( 4000/4300 x 0,739 ) = 0,746

Dengan memasukkan harga sgf = 0,742, harga tf yang diambil dari percobaan sebelumnya harga V_f yaitu sebesar 50 ml, maka laju aliran bahan bakar untuk pengujian dengan menggunakan campuran zat aditif dengan premium yaitu C1:40 adalah :

Beban : 10 kg Putaran : 2000 rpm

. f

m =

67 10 50 . 742 ,

0 x −3

x 3600 = 1,993 kg / jam

Dengan diperolehnya besar laju aliran bahan bakar, maka dapat dihitung harga konsumsi bahan bakar spesifiknya (Sfc).

Untuk pengujian dengan menggunakan campuran zat aditif dengan premium yaitu C1:40 adalah :

Beban : 10 kg Putaran : 2000 rpm

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Sfc =

211 , 9

10 993 ,

1 x 3

= 216,427 g/kWh

Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran dan beban yang bervariasi, maka hasil perhitungan Sfc untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel 4.4.

Tabel 4.4 Data hasil perhitungan untuk Sfc

Beban

(kg)

Putaran

(rpm)

Sfc (g/kWh)

Premium C1:40 C2:40 C3:40

10

2000 264.805 216.427 208.291 205.895

2500 262.345 202.548 196.129 194.383

3000 250.407 209.739 190.778 195.807

3500 244.800 212.525 190.437 197.442

4000 261.321 223.398 196.520 207.192

25

2000 134.875 123.469 112.022 116.461

2500 124.370 113.831 106.645 111.997

3000 118.514 110.538 100.632 104.789

3500 128.371 116.705 105.983 107.683

4000 137.561 120.291 111.089 113.735

• Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.4), Sfc terendah terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar campuran zat aditif dengan premium C2:40 pada putaran 3500 rpm yaitu sebesar 190,437 g/kWh. Sedangkan Sfc tertinggi terjadi saat menggunakan premium pada putaran 2000 rpm yaitu sebesar 264,805 g/kWh.

• Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.4), Sfc terendah terjadi pada pengujian dengan bahan bakar campuran zat aditif dengan premium C2:40 pada putaran 3000 rpm yaitu sebesar 100,632 g/kWh. Sedangkan Sfc tertinggi terjadi pada saat mesin menggunakan premium pada putaran 4000 rpm sebesar 137,561g/kWh.

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Perbandingan harga Sfc untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.4.

Gambar 4.4 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg

Konsumsi bahan bakar spesifik dipengaruhi oleh putaran mesin. Semakin tinggi putaran mesin maka konsumsi bahan bakar juga meningkat dan sebaliknya. Hal ini disebabkan oleh peningkatan laju aliran bahan bakar. Ada kecendrungan besarnya Sfc juga dipengaruhi oleh nilai kalor bahan bakar (lihat Tabel 4.4), semakin besar nilai kalor bahan bakar maka Sfc semakin kecil dan sebaliknya.

4.2.4 Rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR)

Rasio perbandingan bahan bakar (air fuel ratio) dari masing–masing jenis pengujian dihitung berdasarkan rumus berikut :

AFR = _. .

f a m m

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

dimana :

AFR = air fuel ratio .

a

m = laju aliran massa udara (kg/ jam) Besarnya laju aliran udara (

. a

m ) diperoleh dengan membandingkan besarnya tekanan udara masuk yang telah diperoleh melalui pembacaan air flow

manometer (Tabel 4.2) terhadap kurva viscous flow metre calibration.

Pada pengujian ini, dianggap tekanan udara (Pa) sebesar 100 kPa (≈1 bar) dan temperatur (Ta) sebesar 27 0C. kurva kalibrasi dibawah dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara 1013 milibar dan temperatur 20 0C, maka besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi berikut :

f

C = 3564 x P x _a

5 , 2 ) 114 ( a a T T +

= 3564 x 1 x _2,5 ) 273 27 ( )] 114 ( ) 273 27 [( + + +

= 0,946531125

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Kenaikan putaran poros mempercepat proses pembakaran, sehingga bahan bakar yang terbakar relatif lebih banyak dan emisi CO2 yang dihasilkan cenderung bertambah besar.

4.3.4 Kadar Sisa Oksigen (O2) dalam Gas Buang

Data hasil pengukuran kadar O2 dari emisi gas buang pembakaran bahan bakar Premium, 4l premium + aditif 100 ml, 4l premium + aditif 200 ml, 4l premium + aditif 300 ml, melalui pembacaan Autologic gas analyzer dapat dilihat pada Tabel 4.11 berikut :

Tabel 4.11 Kadar Sisa Oksigen (O2) dalam gas buang.

Beban

(kg)

Putaran

(rpm)

Kadar Oksigen (%)

Premium C1:40 C2:40 C3:40

10

2000 17.59 18.12 18.17 18.22

2500 18.12 18.89 18.97 19.08

3000 16.30 17.52 17.68 17.78

3500 10.45 12.86 12.98 13.04

4000 9.45 10.38 10.84 11.18

25

2000 18.14 18.26 18.28 18.29

2500 18.50 18.98 19.18 19.25

3000 16.46 17.24 17.56 17.78

3500 12.33 12.76 13.26 13.68

4000 9.75 10.1 11.72 12.28

• Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.12), kadar O2 terendah terjadi saat menggunakan premium pada putaran 4000 yaitu sebesar 9,45 %. Sedangkan kadar O2 tertinggi terjadi saat menggunakan campuran antara zat aditif dengan premium C3:40 pada putaran 2500 rpm yaitu sebesar 19,08 %.

• Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.12), kadar O2 terendah terjadi saat menggunakan premium pada putaran 4000 rpm yaitu 9,75 % . Sedangkan

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

kadar O2 tertinggi terjadi saat menggunakan campuran antara zat aditif dengan premium C3:40 pada putaran 2500 rpm yaitu sebesar 19,25 %.

Perbandingan kadar sisa O2 yang terdapat dalam gas buang masing-masing sampel pengujian dapat dilihat pada gambar berikut ini :

Gambar 4.12 Grafik Kadar O2 vs Putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg

Kadar sisa O2 terendah diperoleh ketika menggunakan premium pada putaran 4000 rpm yaitu 9,45 % pada pembebanan 10 kg , yang disebabkan karena kurang optimalnya proses pembakaran. Kadar sisa O2 tertinggi terjadi saat menggunakan campuran antara zat aditif dengan premium C3:40 pada putaran 2500 rpm yaitu sebesar 19,25 % pada pembebanan 25 kg.

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

Proses pembakaran pada motor bensin berlangsung pada campuran udara-bahan bakar yang kaya atau adanya udara (oksigen) lebihan yang bertujuan untuk menjamin kelangsungan proses pembakaran, sehingga dalam gas buang hasil pembakaran masih mengandung O2. Sisa O2 gas buang dari pembakaran campuran antara zat aditif dengan premium lebih besar dari pada premium, hal ini karena adanya kandungan oksigen yang terikat langsung pada senyawa zat aditif.

Pengaruh kenaikan putaran poros pada beban konstan cenderung mengurangi jumlah sisa O2 gas buang, hal ini disebabkan pada kondisi tersebut jumlah massa bahan bakar yang terbakar relatif lebih banyak, sehingga dengan jumlah udara yang sama memerlukan lebih banyak oksigen untuk proses pembakaran.

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1KESIMPULAN

1. Bahan bakar berbahan baku zat aditif dan premium (C1:40) HHV sekitar 48711,89 kJ/kg, lebih tinggi 1,5 % dibanding premium yang memiliki HHV sekitar 48000,12 kJ/kg.

2. Bahan bakar berbahan baku zat aditif dan premium (C2:40) HHV sekitar 50436,89 kJ/kg, lebih tinggi 5,08 % dibanding premium yang memiliki HHV sekitar 48000,12 kJ/kg.

3. Bahan bakar berbahan baku zat aditif dan premium (C3:40) HHV sekitar 49536,89 kJ/kg, lebih tinggi 3,2 % dibanding premium yang memiliki HHV sekitar 48000,12 kJ/kg.

4. Berdasarkan analisa diatas dapat disimpulkan bahwa campuran premium-zat aditif (C2:40) memiliki nilai kalor yang paling tinggi, sedangkan pada campuran premium-zat aditif ( C3:40 ) menurun,hal ini disebabkan karena campuran zat aditif yang terlalu banyak, tetapi nilai kalornya masih lebih tinggi dari premium.

5. Torsi mengalami kenaikan pada C1:40 dan C2:40, akan tetapi menurun pada C3:40. Ini disebabkan karena nilai kalor bahan bakar pada C3:40 juga menurun.

6. Daya mesin sangat berpengaruh dengan torsi yang dihasilkan oleh mesin. Semakin besar torsi maka semakin besar pula daya mesin yang dihasilkan. 7. Berdasarkan hasil analisa data, konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) pada

setiap campuran lebih rendah dibandingkan dengan premium. Pada putaran 3000 rpm dan beban 25 kg penggunaan bahan bakar paling rendah.

8. Rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR) pada setiap campuran lebih besar dibandingkan dengan bahan bakar premium, sebab waktu yang digunakan untuk menghabiskan 50 ml bahan bakar pada pengujian lebih lama pada setiap campuran dibandingkan dengan premium.

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

9. Efisiensi Volumetris sedikit bertambah dengan penambahan kandungan zat aditif dalam campuran bahan bakar. Efisiensi Volumetrik terkecil pada bahan bakar premium.

10. Efisiensi termal dari bahan bakar campuran antara zat aditif dengan premium relatif lebih besar dari efisiensi termal premium, hal ini dapat ditunjukkan dengan lebih besarnya nilai kalor dari campuran antara zat aditif dengan premium dibandingkan dengan premium.

11. Berdasarkan hasil pengujian emisi gas buang campuran zat aditif dengan premium lebih baik dibanding dengan premium. Persentase kadar CO, UHC dan CO2 mengalami penurunan dibandingkan premium. Sementara itu, persentase kadar O2 pada campuran zat aditif dengan premium mengalami peningkatan pada gas buang jika dibandingkan dengan premium.

5.2 SARAN

1. Untuk mendukung kelancaran dan akurasi hasil pengujian sebaiknya dilakukan pemeriksaan dan kalibrasi terhadap instrumentasi dan alat ukur setiap kali pengujian akan dilakukan.

2. Untuk meningkatkan performansi dari bahan bakar campuran premium dengan zat aditif perlu diadakan penelitian lebih lanjut agar kelak bahan bakar campuran ini dapat dijadikan sebagai informasi kepada masyarakat.

Roni Hotmartuah Saragih : Studi Eksperimental Performansi Motor Otto Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Zat Aditif Berbentuk Cair, 2010.

DAFTAR PUSTAKA

1. Arismunandar, Wiranto. Penggerak Mula Motor Bakar Torak : Penerbit ITB Bandung, 1988.

2. Arends.BPM dan Berenschot.H, Motor Bensin, Erlangga. Jakarta, 1980. 3. Arismunandar, Wiranto dan Koichi Tsuda, Motor Diesel Putaran Tinggi,

Pradnya Paramita, Jakarta, 1976.

4. Changel, Yunus A. dan Boles, Michael A., Thermodynamic, An Engineering Approach, McGraw Hill Book Company, 1985.

5. Amir, Isril , Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin USU, Medan.

6. Priambodo, Bambang dan Maleev, V.L, Operasi dan Pemeliharaan Mesin

Diesel, Penerbit Erlangga, 1991.

7. Pudjanarsa, Astu dan Nursuhud, Djati, Mesin Konversi Energi, Penerbit Andi Yogyakarta, 2006

8. Edi, Sigar, Buku Pintar Otomotif, Penerbit Pustaka Dela Pratasa, Jakarta, 1998.

9. Rangkuti, Chalilullah, Panduan Praktikum Bom Kalorimeter, Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin USU, Medan, 1996.

10. Soenarta, Nakolea dan Shoichi Furuhama, Motor Serba Guna, Pradnya Paramita, Jakarta, 2002.

11. Wartawan, Anton L, Bahan Bakar Bensin Otomotif, Penerbit Universitas Trisakti, 1997

12. www.pertamina.com

13. www.chemeng.ui.ac.id/~wulan/Materi/port/BAHAN%2520CAIR.PDF 14. www.members.fortunecity.com/lingkungan/artikel/timbal.htm