Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar Bensin
Data yang diperoleh berdasarkan hasil 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 :
Torsi N.m melalui torquemetre.
Putaran rpm melalui tachometre.
Tinggi kolom udara mm H
2
O, melalui pembacaan air flow manometre.
Temperatur air masuk C, melalui pembacaan thermometre.
Temperatur air keluar
C, melalui pembacaan thermometre.
Temperatur gas buang C, melalui pembacaan exhaust temperature metre.
Waktu untuk menghabiskan 50 ml bahan bakar s, melalui pembacaan
stopwatch.
4.2.1 Torsi
Besarnya torsi yang dihasilkan berdasarkan hasil pembacaan unit instumentasi dari masing-masing pengujian baik dengan menggunakan bahan
bakar premium, Gasohol BE-25, Gasohol BE-30, pada tiap kondisi pembebanan dan putaran dapat dilihat pada Tabel 4.2 sebagai berikut :
Tabel 4.2 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi
Bahan Bakar Premium
BEBAN kg
HASIL PEMBACAAN UNIT INSTRUMENTASI
PUTARAN rpm 2000
2500 3000
3500 4000
10
Torsi N.m
77.5 74
70 67.5
64
Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar s
60 51
47 43
37
Aliran Udara mm H
2
O
33 35
37 37
38
Temperatur Air Masuk
o
C
40 40
40 40
40
Temperatur Air Keluar
o
C
45 47
48 49
50
Temperatur Gas Buang
o
C
320 350
360 510
520
Rotameter mm
37 40
46 52
60
25
Torsi N.m
79 75,5
72 69
66.5
Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar s
56 50
41 39
36
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
Aliran Udara mm H
2
O
33 35
36 37
38
Temperatur Air Masuk
o
C
32 32
32 39,5
40
Temperatur Air Keluar
o
C
46 51
52 45
46
Temperatur Gas Buang
o
C
320 310
330 500
510
Rotameter mm
45 48
54 56
60
Bahan Bakar Gasohol BE-25
BEBAN kg
HASIL PEMBACAAN UNIT INSTRUMENTASI
PUTARAN rpm 2000
2500 3000
3500 4000
10
Torsi N.m
70 68
65.5 62.25
58
Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar s
54 48
43 37
32
Aliran Udara mm H
2
O
32 35
36 37
39
Temperatur Air Masuk
o
C
36 36
36 36
36
Temperatur Air Keluar
o
C
46 48
49 50
51
Temperatur Gas Buang
o
C
225 300
300 500
515
Rotameter mm
36 38
42 49
54
25
Torsi N.m
72 69.5
66 63
60.5
Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar s
54 46
39 35
31
Aliran Udara mm H
2
O
32 36
36 37
39
Temperatur Air Masuk
o
C
36 36
36 36
36
Temperatur Air Keluar
o
C
48 50
51 52
52
Temperatur Gas Buang
o
C
200 275
350 400
465
Rotameter mm
36 39
47 56
59
Bahan Bakar Gasohol BE-30
BEBAN kg
HASIL PEMBACAAN UNIT INSTRUMENTASI
PUTARAN rpm 2000
2500 3000 3500
4000
10
Torsi N.m
68.5 66
64 61
57.25
Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar s
51 45
39 36
30
Aliran Udara mm H
2
O
33 35
36 36
39
Temperatur Air Masuk
o
C
37 37
37 37
37
Temperatur Air Keluar
o
C
48 49
50 51
52
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
Temperatur Gas Buang
o
C
225 240
310 500
575
Rotameter mm
40 42
49 52
60
25
Torsi N.m
70.75 68
65.5 62
59
Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar s
47 42
38 33
27
Aliran Udara mm H
2
O
33 36
36 38
39
Temperatur Air Masuk
o
C
36 36
36 36
36
Temperatur Air Keluar
o
C
46 47
48 49
50
Temperatur Gas Buang
o
C
260 350
375 520
520
Rotameter mm
42 45
49 55
61
Berdasarkan hasil pengujian maka didapat pada pembebanan 10 kg gambar
4.1, torsi terendah mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-30 pada putaran 4000 rpm yaitu sebesar
57.25
N.m. Sedangkan torsi tertinggi mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan
bahan bakar premium pada putaran 2000 rpm sebesar 77.5 N.m.
Berdasarkan hasil pengujian maka didapat pada pembebanan 25 kg gambar 4.2, torsi terendah mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan
bakar Gasohol BE-30 pada putaran 4000 rpm yaitu sebesar 59 N.m. Sedangkan torsi tertinggi mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan
bahan bakar premium pada putaran 2000 rpm yaitu sebesar 79 N.
Torsi terendah terjadi ketika menggunakan bahan bakar Gasohol BE-30 pada beban 10 kg pada putaran 4000 rpm yaitu sebesar
57.25
N.m. Sedangkan torsi tertinggi terjadi ketika menggunakan bahan bakar premium pada beban 25 kg pada
putaran 2000 rpm yaitu sebesar 79 N.m. Besarnya torsi sangat dipengaruhi oleh energi hasil pembakaran bahan
bakar, dimana besarnya energi hasil pembakaran bahan bakar dipengaruhi oleh nilai kalor bahan bakar. Nilai kalor bahan bakar Premium lebih besar jika
dibandingkan dengan nilai kalor bahan bakar Gasohol, sehingga torsi yang dihasilkan oleh bahan bakar Premium lebih besar daripada torsi yang dihasilkan
bahan bakar Gasohol. Putaran mesin juga berpengaruh terhadap torsi. Akibat putaran mesin yang meningkat maka torsi akan semakin berkurang.
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
Perbandingan harga Torsi untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 4.1 Grafik Torsi vs Putaran untuk beban 10 kg
Gambar 4.2 Grafik Torsi vs Putaran untuk beban 25 kg
10 20
30 40
50 60
70 80
90
2000 2500
3000 3500
4000
To rs
i N
m
Putaran rpm
Premium BE-25
BE-30
10 20
30 40
50 60
70 80
90
2000 2500
3000 3500
4000
To rs
i N
m
Putaran rpm
Premium BE-25
BE-30
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
4.2.2 Daya
Besarnya daya yang dihasilkan dari masing-masing pengujian baik dengan menggunakan bahan bakar premium, Gasohol BE-25, Gasohol BE-30, pada tiap
kondisi pembebanan dan putaran dapat dihitung berdasarkan persamaan 2.1 sebagai berikut :
G
P =
T n
60 .
. 2
π
dimana :
G
P = Daya keluaran watt n = Putaran mesin rpm
T = Torsi N.m Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-25 :
Beban : 10 kg Putaran : 2000 rpm
Torsi : 70 N.m
G
P =
70 60
2000 .
. 2
×
π
= 14.653 kW
Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran dan beban yang bervariasi, maka hasil perhitungan daya untuk kondisi tersebut dapat
dilihat pada tabel di berikut ini :
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
Tabel 4.3 Hasil perhitungan daya
Beban kg
Putaran rpm
Daya kW Premium
Gasohol BE-25 Gasohol BE-30
10 2000
16.223 14.653
14.339 2500
19.363 17.793
17.270 3000
21.980 20.567
20.096 3500
24.728 22.804
22.346 4000
26.795 24.283
23.969
25 2000
16.537 15.072
14.810 2500
19.756 18.186
17.793 3000
22.608 20.724
20.567 3500
25.277 23.079
22.713 4000
27.841 25.329
24.701
Berdasarkan hasil perhitungan daya maka didapat, pada pembebanan 10 kg gambar 4.3, daya terendah mesin terjadi pada pengujian dengan
menggunakan bahan bakar Gasohol BE-30 pada putaran 2000 rpm yaitu 14.339 kW. Sedangkan daya tertinggi terjadi pada pengujian dengan
menggunakan bahan bakar premium pada putaran 4000 rpm sebesar 26.795 kW.
Berdasarkan hasil perhitungan daya maka didapat, pada pembebanan 25 kg
gambar 4.4, daya terendah mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-30 pada putaran 2000 rpm yaitu
sebesar 14.810 kW. Sedangkan daya tertinggi terjadi saat menggunakan bahan bakar premium pada putaran 4000 rpm yaitu sebesar 27.84 kW.
Besar kecil daya mesin bergantung pada besar kecil torsi yang didapat. Semakin besar torsi maka daya mesin akan semakin besar, sebaliknya semakin
kecil torsi maka daya mesin akan semakin kecil. Daya yang dihasilkan mesin dipengaruhi oleh putaran poros engkol yang terjadi akibat dorongan piston yang
dihasilkan karena adanya pembakaran bahan bakar dengan udara. Jika konsumsi bahan bakar dan udara diperbesar maka akan semakin besar pula daya yang
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
dihasilkan mesin. Semakin cepat poros engkol berputar maka akan semakin besar daya yang dihasilkan.
Perbandingan besarnya daya untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.4 dan gambar 4.5.
Gambar 4.3 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 10 kg
Gambar 4.4 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 25 kg
5 10
15 20
25 30
2000 2500
3000 3500
4000
D a
y a
k W
Putaran rpm
Premium BE-25
BE-30
5 10
15 20
25 30
2000 2500
3000 3500
4000
D a
y a
k W
Putaran rpm
Premium BE-25
BE-30
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
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 2.2 berikut : Sfc =
G f
P x
m
3 .
10
dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik grkW.h
. f
m = laju aliran bahan bakar kgjam Besarnya laju aliran massa bahan bahan bakar
. f
m dihitung dengan persamaan 2.3 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
f
sg
untuk bioetanol BE-100 adalah 0.798 dan harga
f
sg
untuk premium adalah 0.739; sedangkan untuk bahan bakar yang merupakan campuran
antara bioetanol dengan premium, harga
f
sg
dapat dihitung dengan menggunakan persamaan pendekatan berikut :
f
sg
BExx = BE x 0.798 + P x 0.739 dimana:
BE = Persentase kandungan bioetanol dalam bahan bakar campuran P = Persentase kandungan premium dalam bahan bakar campuran
Untuk Gasohol BE-25 dengan persentase bioetanol 0.25 dan premium 0.75 maka :
f
sg
BE-25 = 0.25 x 0.798 + 0.75 x 0.739 = 0.753
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
Dengan memasukkan harga
f
sg
= 0.751; harga
f
t
yang diambil dari percobaan Tabel 4.2 dan harga
f
V
yaitu sebesar 50 ml, maka laju aliran bahan bakar untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-25 :
Beban : 10 kg Putaran : 2000 rpm
. f
m = 54
10 .
50 753
.
3 −
x x 3600
= 2.513 kgjam
Dengan diperolehnya besar laju aliran bahan bakar, maka dapat dihitung harga konsumsi bahan bakar spesifiknya. Untuk pengujian dengan menggunakan
bahan bakar Gasohol BE-25 : Beban : 10 kg
Putaran : 2000 rpm Sfc =
653 .
14 10
513 .
2
3
x = 171.480 grkWh
Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran dan beban yang bervariasi, maka hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik
untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel di bawah ini : Tabel 4.4 Hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik Sfc
Beban kg
Putaran rpm
Konsumsi bahan bakar spesifik Sfc Premium
Gasohol BE-25 Gasohol BE-30
10 2000
134.718 171.480
186.268 2500
128.781 158.871
175.280 3000
125.120 153.428
173.805 3500
134.192 160.815
169.328 4000
136.674 174.621
189.440
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
25 2000
132.734 166.716
195.692 2500
134.682 162.200
182.276 3000
134.954 167.882
174.294 3500
143.526 167.980
181.742 4000
143.655 172.806
204.245
Berdasarkan hasil perhitungan Sfc maka didapat, pada pembebanan 10 kg
gambar 4.5, Sfc terendah terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar Premium pada putaran 3500 rpm yaitu sebesar 125.120 grkWh.
Sedangkan Sfc tertinggi terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-30 pada putaran 4000 rpm yaitu sebesar 189.440 grkWh.
Berdasarkan hasil perhitungan Sfc maka didapat, pada pembebanan 25 kg
gambar 4.6, Sfc terendah terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar Premium pada putaran 4000 rpm yaitu 132.734 gkWh. Sedangkan Sfc
tertinggi terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-30 pada putaran 4000 rpm yaitu sebesar 204.245 gkWh.
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 4.1,
semakin besar nilai kalor bahan bakar maka Sfc semakin kecil dan sebaliknya. Perbandingan harga Sfc untuk masing-masing pengujian pada setiap
variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar berikut :
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
Gambar 4.5 Grafik Sfc vs Putaran untuk beban 10 kg
Gambar 4.6 Grafik Sfc vs Putaran untuk beban 25 kg
25 50
75 100
125 150
175 200
2000 2500
3000 3500
4000
S fc
g r
k W
h
Putaran rpm
Premium BE-25
BE-30
25 50
75 100
125 150
175 200
225
2000 2500
3000 3500
4000
S fc
g r
k W
h
Putaran rpm
Premium BE-25
BE-30
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
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
dimana : AFR
= air fuel ratio
. a
m
= laju aliran udara kgjam 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 pegujian ini, tekanan udara Pa sebesar 100 kPa
≈
1 bar dan temperatur Ta sebesar 27
C. Kurva kalibrasi dibawah dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara 1013 mbar dan temperatur 20
C, maka besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi berikut :
f
C
= 3564 x
a
P x
5 ,
2
114
a a
T T
+
= 3564 x 1 x
5 ,
2
273 27
] 114
273 27
[ +
+ +
= 0.946531125
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
Gambar 4.7 Kurva Viscous Flow Meter Calibration. Untuk pengujian dengan menggunakan Gasohol BE-25, yang mengunakan
beban 10 kg dan putaran 2000 rpm, tekanan udara masuk = 32 mm H
2
O Tabel 4.2. Dari kurva kalibrasi diperoleh laju aliran massa udara untuk tekanan udara
masuk = 10 mm H
2
O adalah sebesar 11.38 kgjam, sehingga untuk tekanan udara masuk = 32 mm H
2
O diperoleh laju aliran massa udara sebesar 36.416 kgjam dengan interpolasi, setelah dikalikan faktor koreksi C
f
, maka laju aliran massa udara yang sebenarnya :
a
m
.
= 36.416 x 0.946531125 = 34.469 kgjam
Dengan cara perhitungan yang sama, maka diperoleh harga laju aliran massa udara m
a
untuk masing-masing pengujian pada tiap variasi beban dan putaran. Dengan diperolehnya harga laju aliran massa bahan bakar, maka dapat
dihitung besarnya rasio udara bahan bakar AFR.
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-25, beban 10 kg dan putaran 2000 rpm :
AFR =
2.513 34.469
= 13.718
Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran dan beban yang bervariasi, maka hasil perhitungan perbandingan udara bahan bakar
AFR untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Tabel 4.5 Hasil perhitungan perbandingan udara dan bahan bakar AFR
Beban kg
Putaran rpm
Perbandingan udara-bahan bakar AFR Premium
Gasohol BE-25 Gasohol BE-30
10 2000
16.031 13.718
13.308 2500
14.452 13.337
12.454 3000
14.080 12.289
11.102 3500
12.882 10.868
10.248 4000
11.384 9.907
9.252
25 2000
14.962 13.718
12.265 2500
14.169 13.146
11.956 3000
11.951 11.146
10.817 3500
11.683 10.280
9.916 4000
11.076 9.598
8.327
Berdasarkan hasil perhitungan AFR maka didapat, pada pembebanan 10 kg
gambar 4.8, AFR terendah terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-30 pada putaran 4000 rpm yaitu 9.252. Sedangkan
AFR tertinggi terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar premium pada putaran 2000 rpm sebesar 16.031.
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
Berdasarkan hasil perhitungan AFR maka didapat, pada pembebanan 25 kg
gambar 4.9, AFR terendah terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-30 pada putaran 4000 rpm yaitu 8.327. Sedangkan
AFR tertinggi terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar Premium pada putaran 2000 rpm sebesar 14.962.
AFR terendah terjadi ketika menggunakan Gasohol BE-30 pada putaran 4000 rpm yaitu sebesar 8.327. Sedangkan AFR tertinggi terjadi ketika dengan
menggunakan premium pada putaran 2000 rpm yaitu sebesar 16.031. Semakin tinggi putaran dan beban mesin, maka semakin kecil ratio
perbandingan udara bahan bakar. Ini disebabkan karena pada putaran dan beban maksimal mesin mengalami ”overlap” dimana pada saat ini terjadi proses
pembakaran yang sangat cepat dimana diperlukan bahan bakar dengan jumlah besar, sehingga diperlukan udara yang besar pula untuk mengimbangi bahan bakar
tadi. Perbandingan besarnya AFR untuk masing-masing pengujian pada setiap
variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.8 dan gambar 4.9.
Gambar 4.8 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 10 kg
0,0 2,0
4,0 6,0
8,0 10,0
12,0 14,0
16,0
2000 2500
3000 3500
4000
AF R
Putaran rpm
Premium BE-25
BE-30
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
Gambar 4.9 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 25 kg
4.2.5 Effisiensi volumetris
Efisiensi volumetris volumetric efficiency untuk motor bakar 4-langkah dihitung dengan rumus berikut :
v
η = n
m
a
. 60
. 2
.
l a
V .
1
ρ dimana :
a
m = Laju aliran udara kg jam
a
ρ = Kerapatan udara kgm
3 l
V = volume langkah torak m
3
D = 3.5 in L = 3.125 in [berdasarkan spesifikasi mesin].
0,0 2,0
4,0 6,0
8,0 10,0
12,0 14,0
16,0
2000 2500
3000 3500
4000
AF R
Putaran rpm
Premium BE-25
BE-30
L D
V
l 2
4 1
π
=
3 -3
m 10
x 0.5
=
l
V
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
Diasumsikan udara sebagai gas ideal sehingga massa jenis udara dapat diperoleh dari persamaan berikut :
a
ρ =
a a
T R
P .
Dimana : R = konstanta gas untuk udara = 29.3 kg.mkg.K Dengan memasukkan harga tekanan dan temperatur udara yaitu sebesar 1
atm 10332.27 kgm
2
dan 27 C, maka diperoleh massa jenis udara yaitu sebesar
a
ρ = 273
27 .
3 .
29 27
. 10332
+ = 1,2 kgm
3
Dengan diperolehnya massa jenis udara maka dapat dihitung besarnya effisiensi volumetris
v
η untuk masing–masing pengujian pada variasi beban dan putaran.
Untuk pengujian tanpa menggunakan Gasohol BE-25 beban 10 kg, putaran 2500 rpm :
v
η =
2500 .
60 70
, 7
3 .
2
. x10
0.5 1,2
1
3 -
x = 0.838 x 100
= 83.8 Harga efisiensi volumetris untuk masing-masing pengujian yang dihitung
dengan cara perhitungan yang sama dengan perhitungan diatas dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Tabel 4.6 Hasil perhitungan efisiensi volumetris Effisiensi Volumetris
Beban kg
Putaran rpm Premium
Gasohol BE-25 Gasohol BE-30
10 2000
0.987 0.957
0.987 2500
0.838 0.838
0.838 3000
0.738 0.718
0.718 3500
0.633 0.633
0.616 4000
0.568 0.583
0.583
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
25 2000
0.987 0.957
0.987 2500
0.838 0.862
0.862 3000
0.718 0.718
0.718 3500
0.633 0.633
0.650 4000
0.568 0.583
0.583
Berdasarkan hasil perhitungan efisiensi volumetris maka didapat, pada
pembebanan 10 kg gambar 4.10, efisiensi volumetris terendah terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar Premium pada putaran 4000
rpm yaitu 0,568. Sedangkan efisiensi volumetris tertinggi terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar Premium dan Gasohol BE-30
pada putaran 2000 rpm sebesar 0.987.
Berdasarkan hasil perhitungan efisiensi volumetris maka didapat, pada pembebanan 25 kg gambar 4.11, efisiensi volumetris terendah terjadi pada
pengujian dengan menggunakan bahan bakar Premium pada putaran 4000 rpm yaitu 0,568. Sedangkan efisiensi volumetris tertinggi terjadi pada pengujian
dengan menggunakan bahan bakar Premium dan Gasohol BE-30 pada putaran 2000 rpm sebesar 0.987.
Efisiensi volumetris terendah terjadi ketika menggunakan Premium pada putaran 4000 rpm yaitu sebesar 0,568.. Sedangkan Efisiensi volumetris tertinggi
terjadi ketika dengan Premium dan Gasohol BE-30 pada putaran 2000 rpm sebesar 0.987.
Efisiensi volumetris menunjukkan perbandingan antara jumlah udara yang terisap sebenarnya terhadap jumlah udara yang terisap sebanyak volume langkah
torak untuk setiap langkah isap. Efisiensi volumetris sangat dipengaruhi oleh putaran mesin. Semakin tinggi putaran mesin maka efisiensi volumetris semakin
besar dan sebaliknya. Perbandingan besarnya efisisensi volumetris untuk masing-masing pengujian
pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.10 dan gambar 4.11.
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
Gambar 4.10 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 10 kg
Gambar 4.11 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 25 kg
0,0 0,2
0,4 0,6
0,8 1,0
1,2
2000 2500
3000 3500
4000
E ff
. V
o lu
m e
tr is
Putaran rpm
Premium BE-25
BE-30
0,000 0,200
0,400 0,600
0,800 1,000
1,200
2000 2500
3000 3500
4000
E ff
. V
o lu
m e
tr is
Putaran rpm
Premium BE-25
BE-30
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
4.2.6 Efisiensi thermal efektif
Efisiensi thermal efektif efektif thermal eficiency,
e
η merupakan perbandingan antara daya keluaran aktual terhadap laju panas rata–rata yang
dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. Efisiensi thermal brake dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
e
η = LHV
m Pe
f
. . 3600
dimana:
e
η = Efisiensi thermal brake LHV = nilai kalor bawah pembakaran bahan bakar bawah kJkg
Besarnya nilai kalor bawah pembakaran bahan bakar dapat dihitung dengan persamaan berikut :
LHV = HHV – 3240 Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-25, beban 10 kg
dan putaran 2000 rpm : LHV = 43088.346 – 3240
= 39848.346 kJkg Dengan diperolehnya nilai kalor bawah pembakaran bahan bakar maka
dapat dihitung besarnya efisiensi thermal efektif
e
η untuk masing-masing pengujian pada variasi beban dan putaran.
Untuk pengujian dengan menggunakan Gasohol BE-25, beban 10 kg, dan putaran 2000 rpm :
e
η =
346 .
39848 .
513 .
2 653
. 14
×
x 3600 = 0.527
Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran dan beban yang bervariasi, maka hasil perhitungan efisiensi thermal efektif untuk kondisi
tersebut dapat dilihat pada tabel di berikut ini :
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
Tabel 4.7 Hasil perhitungan efisiensi thermal efektif
Beban kg
Putaran rpm
Efisiensi Thermal efektif Premium
Gasohol BE-25 Gasohol BE-30
10 2000
0.599 0.527
0.500 2500
0.608 0.569
0.531 3000
0.636 0.589
0.536 3500
0.654 0.562
0.550 4000
0.610 0.517
0.491
25 2000
0.570 0.542
0.476 2500
0.608 0.557
0.511 3000
0.571 0.538
0.534 3500
0.607 0.538
0.512 4000
0.617 0.523
0.456
Berdasarkan hasil perhitungan efisiensi thermal efektif maka didapat, pada pembebanan 10 kg gambar 4.12, efisiensi thermal efektif terendah terjadi
pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-30 pada putaran 4000 rpm yaitu 0.491. Sedangkan efisiensi thermal efektif tertinggi
terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar Premium pada putaran 3500 rpm sebesar 0.654.
Berdasarkan hasil perhitungan efisiensi thermal efektif maka didapat, pada
pembebanan 25 kg gambar 4.13, efisiensi thermal efektif terendah terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-30 pada
putaran 2000 rpm yaitu 0.476. Sedangkan efisiensi thermal efektif tertinggi terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar Premium pada
putaran 4000 rpm sebesar 0.617.
Efisiensi thermal efektif terendah terjadi ketika menggunakan bahan bakar Gasohol BE-30 pada beban 25 kg dan putaran 2000 rpm yaitu 0.476 . Harga
Efisiensi thermal efektif tertinggi terjadi ketika menggunakan bahan bakar Premium pada putaran 3500 rpm sebesar 0.654.
Efisiensi thermal efektif dari bahan bakar sangat tergantung terhadap nilai kalor bahan bakarnya. Semakin tinggi nilai kalor bahan bakar maka efisiensi
thermal efektif akan semakin tinggi. Kenaikan putaran poros pada beban konstan
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
cenderung mengurangi efisiensi thermal brake, untuk beban konstan daya efektif yang dihasilkan relatif konstan dan kenaikan putaran poros akan mempersingkat
waktu proses pencampuran bahan bakar-udara, sehingga pembakaran berlangsung kurang baik, hal ini akan menghasilkan energi pembakaran yang lebih kecil dan
cenderung mengurangi efisiensi thermal efektif. Pada kondisi penambahan beban pada putaran poros konstan akan terjadi
penambahan kandungan oksigen yang terikat pada bioetanol sebanding dengan penambahan massa bahan bakar, hal ini akan menyebabkan semakin banyak
bahan bakar yang terbakar dan daya efektif yang lebih besar, sehingga meningkatkan efisiensi thermal efektif.
Perbandingan harga efisiensi thermal efektif untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar berikut
:
Gambar 4.12 Grafik Efisiensi Thermal efektif vs Putaran untuk beban 10 kg
0,0 0,1
0,2 0,3
0,4 0,5
0,6 0,7
2000 2500
3000 3500
4000
E ff
. T
h e
rm a
l e
fe k
ti f
Putaran rpm
Premium BE-25
BE-30
Ronny Z. P. Situmeang : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-25 Dan Be-30, 2009.
Gambar 4.13 Grafik Efisiensi Thermal efektif vs Putaran untuk beban 25 kg
4.3 Pengujian Emisi Gas Buang 4.3.1 Kadar Carbon Monoksida CO dalam gas buang