Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 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-5, gasohol BE-10 pada tiap kondisi pembebanan dan putaran dapat dilihat pada Tabel 4.2 sebagai berikut:
Tabel 4.2 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi untuk bahan bakar premium pada putaran yang bervariasi.
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
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
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
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
Tabel 4.3 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi untuk bahan bakar gasohol BE-5 pada putaran yang bervariasi.
Bahan Bakar Gasohol BE-5
BEBAN kg
HASIL PEMBACAAN UNIT INSTRUMENTASI
PUTARAN rpm 2000
2500 3000
3500 4000
10
Torsi N.m
76.5 73
69.5 66
62.5
Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar s
69 58
49 40
29
Aliran Udara mm H
2
O
28 31
35 34
38
Temperatur Air Masuk
o
C
40 40
40 40
40
Temperatur Air Keluar
o
C
49 50
51 52
52
Temperatur Gas Buang
o
C
260 360
380 300
510
Rotameter mm
35 39
45 52
56
25
Torsi N.m
78 74
71.5 68
65.5
Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar s
64 56
46 42
36
Aliran Udara mm H
2
O
29 31
35 35
36
Temperatur Air Masuk
o
C
40 40
40 40
40
Temperatur Air Keluar
o
C
51 52
53 54
54
Temperatur Gas Buang
o
C
250 340
350 520
530
Rotameter mm
37 40
47 52
55
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Tabel 4.4 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi untuk bahan bakar gasohol BE-10 pada putaran yang bervariasi.
Bahan Bakar Gasohol BE-10
BEBAN kg
HASIL PEMBACAAN UNIT INSTRUMENTASI
PUTARAN rpm 2000
2500 3000
3500 4000
10
Torsi N.m
75 72.5
68 65.5
62
Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar s
56 55
47 38
33
Aliran Udara mm H
2
O
31 32
32 36
37
Temperatur Air Masuk
o
C
40 40
40 40
40
Temperatur Air Keluar
o
C
51 52
53 54
54
Temperatur Gas Buang
o
C
290 325
375 490
525
Rotameter mm
36 39
45 51
59
25
Torsi N.m
77.5 73
70.5 67
64
Waktu menghabiskan 100 ml bahan bakar s
63 51
48 42
38
Aliran Udara mm H
2
O
31 32
33 35
36
Temperatur Air Masuk
o
C
40 40
40 40
40
Temperatur Air Keluar
o
C
50 51
52 52
54
Temperatur Gas Buang
o
C
280 350
380 490
500
Rotameter mm
34 42
44 50
58
Perbandingan besar Torsi untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.2 dan 4.3 berikut.
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Gambar 4.2 Grafik Torsi vs Putaran untuk beban 10 kg.
Berdasarkan hasil pengujian maka didapat pada pembebanan 10 kg gambar 4.2, torsi yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium masih
unggul dibandingkan dengan torsi yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar gasohol BE-5 dan BE-10. Torsi maksimum yang dihasilkan oleh mesin berbahan
bakar premium terjadi pada putaran 2000 rpm yaitu sebesar 77.5 Nm. Sedangkan torsi tertinggi yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar gasohol BE-5 terjadi pada
putara 2000 rpm yaitu sebesar 76.5 Nm dan torsi teringgi dari gasohol BE-10 terjadi pada putaran 2000 rpm sebesar 75 Nm.
10 20
30 40
50 60
70 80
90
2000 2500
3000 3500
4000
T o
rs i
N m
Putaran rpm
Premium BE-5
BE-10
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Gambar 4.3 Grafik Torsi vs Putaran untuk beban 25 kg.
Berdasarkan hasil pengujian maka didapat pada pembebanan 25 kg gambar 4.3, torsi tertinggi yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium
terjadi pada putaran 2000 rpm sebesar 79 Nm. Pada putaran yang sama, torsi dari gasohol BE-5 dan BE-10 yaitu masing-masing sebesar 78 Nm dan 77.5 Nm.
Torsi mesin semakin berkurang seiring meningkatnya kadar bioetanol dalam campuran bahan bakar Gambar 4.2 dan 4.3 sebab 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 BE-5 dan BE-10, sehingga torsi yang dihasilkan oleh bahan bakar premium lebih besar
daripada torsi yang dihasilkan bahan bakar gasohol BE-5 dan BE-10. Putaran mesin juga berpengaruh terhadap torsi. Akibat putaran mesin yang meningkat maka torsi
akan semakin berkurang.
10 20
30 40
50 60
70 80
90
2000 2500
3000 3500
4000
T o
rs i
N m
Putaran rpm
Premium BE-5
BE-10
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
4.2.2 Daya
Besarnya daya yang dihasilkan dari masing-masing pengujian baik dengan menggunakan bahan bakar premium, gasohol BE-5, gasohol BE-10 pada tiap kondisi
pembebanan dan putaran dapat dihitung berdasarkan persamaan 2.1 sebagai berikut:
e
P =
T n
60 .
. 2
π
dimana:
e
P = daya keluaran watt n = putaran mesin rpm
T = torsi N.m Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar gasohol BE-5, pada
beban 10 kg dan putaran 2000 rpm. Maka besar daya yang diperoleh:
e
P =
5 .
76 60
2000 .
. 2
×
π
= 16.223 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 bawah ini:
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Tabel 4.5 Hasil perhitungan daya.
Beban kg
Putaran rpm
Daya kW Premium
Gasohol BE-5 Gasohol BE-10
10 2000
16.223 16.014
15.7 2500
19.363 19.102
18.971 3000
21.980 21.823
21.352 3500
24.728 24.178
23.995 4000
26.795 26.167
25.957
25 2000
16.537 16.328
16.223 2500
19.756 19.363
19.102 3000
22.608 22.451
22.137 3500
25.277 24.911
24.544 4000
27.841 27.423
26.795 Perbandingan besarnya daya untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi
beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.4 dan gambar 4.5.
Gambar 4.4 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 10 kg.
5 10
15 20
25 30
2000 2500
3000 3500
4000
D a
y a
k W
Putaran rpm
Premium BE-5
BE-10
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Berdasarkan hasil perhitungan daya maka didapat, pada pembebanan 10 kg gambar 4.4, daya maksimum mesin untuk bahan bakar gasohol BE-5 diperoleh pada
putaran 4000 rpm yaitu sebesar 26.167 kW sedangkan pada bahan bakar gasohol BE-10 daya maksimum mesin terjadi pada putaran 4000 rpm yaitu sebesar 25.957
kW, yang masih lebih rendah dibandingkan dengan premium yaitu 26.795 kW.
Gambar 4.5 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 25 kg.
Berdasarkan hasil perhitungan daya maka didapat, pada pembebanan 25 kg gambar 4.5, daya maksimum mesin untuk bahan bakar gasohol BE-5 yaitu sebesar
27.423 kW sedangkan daya maksimum yang dihasilkan oleh mesin yang menggunakan bahan bakar gasohol BE-10 yaitu sebesar 26.795 kW, namun daya
mesin yang dihasilkan oleh bahan bakar gasohol BE-5 dan BE-10 lebih rendah daripada daya maksimum mesin berbahan bakar premium yaitu 27.841 kW.
Peningkatan kadar bioetanol dalam campuran bahan bakar akan menurunkan daya mesin. Hal ini disebabkan karena nilai kalor bahan bakar gasohol BE-5 dan
BE-10 lebih kecil daripada premium. Besar kecil daya mesin juga bergantung pada besar kecil torsi yang didapat. Semakin besar torsi maka daya mesin akan semakin
5 10
15 20
25 30
2000 2500
3000 3500
4000
D a
y a
k W
Putaran rpm
Premium BE-5
BE-10
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
besar dan sebaliknya. 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 dihasilkan mesin. Semakin cepat
poros engkol berputar maka akan semakin besar daya yang dihasilkan.
4.2.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Sfc
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 =
e 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 0.794 dan harga
f
sg untuk premium adalah 0.739 [lampiran 2]; sedangkan untuk bahan bakar yang merupakan
campuran antara bioetanol dengan premium, harga
f
sg -nya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan pendekatan berikut:
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
f
sg BExx = BE x 0.794 + P x 0.739 dimana:
BE = persentase kandungan bioetanol dalam bahan bakar campuran P = persentase kandungan premium dalam bahan bakar campuran
Untuk gasohol BE-5 dengan persentase bioetanol 0.05 dan premium 0.95 maka:
f
sg BE-5 = 0.05 x 0.794 + 0.95 x 0.739 = 0.742
Dengan memasukkan harga
f
sg = 0.742; 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-5, pada beban
10 kg dan putaran 2000 rpm adalah:
. f
m = 69
10 .
50 742
.
3 −
x x 3600
= 1.936 kgjam Dengan diperolehnya besar laju aliran bahan bakar, maka besar konsumsi
bahan bakar spesifiknya adalah:
Sfc = 223
. 16
10 936
. 1
3
x = 120.880 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:
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Tabel 4.6 Hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik Sfc.
Beban kg
Putaran rpm
Konsumsi bahan bakar spesifik Sfc Premium
Gasohol BE-5 Gasohol BE-10
10 2000
136.674 120.880
152.523 2500
134.718 120.560
128.521 3000
128.781 124.909
133.625 3500
125.120 138.109
147.069 4000
134.192 176.018
156.549
25 2000
143.655 127.817
131.203 2500
134.682 123.178
137.652 3000
143.526 129.333
126.201 3500
134.954 127.664
130.084 4000
132.734 135.298
131.702 Perbandingan harga Sfc untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi
beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.6 dan 4.7.
Gambar 4.6 Grafik Sfc vs Putaran untuk beban 10 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-5
BE-10
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Berdasarkan hasil perhitungan Sfc maka didapat, pada pembebanan 10 kg gambar 4.6, bahan bakar gasohol BE-5 memiliki Sfc yang lebih besar yaitu sebesar
176.018 grkWh yang terjadi pada putaran 4000 rpm. Sedangkan pada putaran yang sama untuk bahan bakar premium dan gasohol BE-10 menghasilkan Sfc sebesar
134.192 grkWh dan 156.549 grkWh.
Gambar 4.7 Grafik Sfc vs Putaran untuk beban 25 kg.
Berdasarkan hasil perhitungan Sfc maka didapat, pada pembebanan 25 kg gambar 4.7, bahan bakar premium memiliki Sfc yang lebih besar yaitu sebesar
143.655 grkWh yang terjadi pada putaran 2000 rpm. Sedangkan pada putaran yang sama untuk bahan bakar gasohol BE-5 dan BE-10 menghasilkan Sfc sebesar 127.817
grkWh dan 131.203 grkWh. 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.
25 50
75 100
125 150
175 200
2000 2500
3000 3500
4000
S fc
g r
k W
h
Putaran rpm
Premium BE-5
BE-10
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
4.2.4 Rasio Perbandingan Udara Bahan Bakar AFR
Rasio perbandingan bahan bakar air fuel ratio dari masing-masing jenis pengujian dihitung berdasarkan persamaan 2.4 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 4.3 terhadap kurva viscous flow metre calibration. Pada pegujian ini, dianggap tekanan udara Pa sebesar 100 kPa
≈
1 bar dan temperatur Ta sebesar 27
C. Kurva kalibrasi dibawah dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara 1013 mb 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
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Sumber: Manual Book of TD 110–115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. Hal 9.
Gambar 4.8 Kurva Viscous Flow Meter Calibration.
Untuk pengujian dengan menggunakan gasohol BE-5, yang mengunakan beban 10 kg dan putaran 2000 rpm, tekanan udara masuk = 28 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 = 28 mm H
2
O diperoleh laju aliran massa udara sebesar 31.864 kg jam, setelah dikalikan faktor koreksi C
f
, maka laju aliran massa udara yang sebenarnya:
a
m
.
= 31.864 x 0.946531125 = 30.160 kgjam
Dengan cara perhitungan yang sama, maka diperoleh besar 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.
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar gasohol BE-5, pada beban 10 kg dan putaran 2000 rpm:
AFR = 1.936
30.160 = 15.581
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 4.7 Hasil perhitungan perbandingan udara-bahan bakar AFR.
Beban kg
Putaran rpm
Perbandingan udara-bahan bakar AFR Premium
Gasohol BE-5 Gasohol BE-10
10 2000
16.031 15.581
13.945 2500
14.452 14.5
14.137 3000
14.080 13.831
12.081 3500
12.882 10.968
10.989 4000
11.384 8.887
9.808
25 2000
14.962 14.968
15.688 2500
14.169 14
13.109 3000
11.951 12.984
12.724 3500
11.683 11.855
11.808 4000
11.076 10.452
10.989
Perbandingan besarnya AFR untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.9 dan gambar 4.10.
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Gambar 4.9 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 10 kg.
Berdasarkan hasil perhitungan AFR maka didapat, pada pembebanan 10 kg gambar 4.9, AFR tertinggi dari premium terjadi pada putaran rendah 2000 rpm
sebesar 16.031. Pada putaran yang sama, AFR untuk gasohol BE-5 dan BE-10 diperoleh sebesar 15.581 dan 13.945 yang masih lebih rendah daripada premium.
Gambar 4.10 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 25 kg.
2 4
6 8
10 12
14 16
18
2000 2500
3000 3500
4000
AF R
Putaran rpm
Premium BE-5
BE-10
2 4
6 8
10 12
14 16
18
2000 2500
3000 3500
4000
AF R
Putaran rpm
Premium BE-5
BE-10
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Berdasarkan hasil perhitungan AFR maka didapat, pada pembebanan 25 kg gambar 4.10, AFR untuk premium pada putaran 3000 rpm yaitu sebesar 11.951,
dimana pada putaran yang sama, untuk gasohol BE-5 dan BE-10 diperoleh AFR sebesar 12.984 dan 12.724.
Perbandingan udara-bahan bakar semakin menurun seiring meningkatnya putaran mesin dan beban. Hal ini disebabkan karena pada putaran dan beban
maksimal terjadi proses pembakaran yang sangat cepat dimana diperlukan bahan bakar dalam jumlah besar, agar dapat mengimbangi bahan bakar tersebut maka
diperlukan udara yang besar agar terjadi pembakaran yang sempurna.
4.2.5 Efisiensi Volumetris
Efisiensi volumetris volumetric efficiency untuk motor bakar 4-langkah dihitung dengan rumus berikut:
v
η = n
m
a
. 60
. 2
.
100 .
1 ×
l a
V
ρ dimana:
a
m = laju aliran udara kg jam
a
ρ = kerapatan udara kgm
3 l
V = volume langkah torak = 0.5 x10
-3
m
3
[berdasarkan spesifikasi mesin] Diasumsikan udara R = 29.3 kg.mkg.K sebagai gas ideal sehingga massa
jenis udara dapat diperoleh dari persamaan berikut:
a
ρ =
a a
T R
P .
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
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Dengan diperolehnya massa jenis udara maka dapat dihitung besarnya effisiensi volumetris
v
η untuk masing–masing pengujian pada variasi beban dan putaran. Untuk pengujian dengan menggunakan gasohol BE-5, pada beban 10 kg dan
putaran 2000 rpm:
v
η =
2000 .
60 30,160
. 2
. 100
x10 0,5
. 1,2
1
3 -
× = 83.779
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 4.8 Hasil perhitungan efisiensi volumetris.
Beban kg
Putaran rpm
Efisiensi Volumetris Premium
Gasohol BE-5 Gasohol BE-10
10 2000
98.739 83.779
92.755 2500
83.779 74.204
76.598 3000
73.805 69.815
63.831 3500
63.261 58.132
61.552 4000
56.850 56.850
55.354
25 2000
98.739 86.771
92.755 2500
83.779 74.204
76.598 3000
73.805 69.815
65.826 3500
63.261 59.842
59.842 4000
56.850 53.858
53.858 Perbandingan besarnya efisisensi volumetris untuk masing-masing pengujian
pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.11 dan gambar 4.12.
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Gambar 4.11 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 10 kg.
Berdasarkan hasil perhitungan efisiensi volumetris maka didapat, pada pembebanan 10 kg gambar 4.11, efisiensi volumetris untuk premium pada putaran
3000 rpm diperoleh sebesar 73.805 . Sedangkan efisiensi volumetris untuk gasohol BE-5 dan BE-10 pada putaran yang sama diperoleh sebesar 69.815 dan 63.831 .
Gambar 4.12 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 25 kg.
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
110
2000 2500
3000 3500
4000
E ff
. V
o lu
m e
tr is
Putaran rpm
Premium BE-5
BE-10
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
110
2000 2500
3000 3500
4000
E ff
. V
o lu
m e
tr is
Putaran rpm
Premium BE-5
BE-10
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Berdasarkan hasil perhitungan efisiensi volumetris maka didapat, pada pembebanan 25 kg gambar 4.12, efisiensi volumetris untuk premium pada putaran
3000 rpm diperoleh sebesar 73.805 . Sedangkan efisiensi volumetris untuk gasohol BE-5 dan BE-10 pada putaran yang sama diperoleh sebesar 69.815 dan 65.826 .
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 semakin menurun seiring meningkatnya putraran mesin.
4.2.6 Efisiensi Thermal Brake
Efisiensi thermal brake brake thermal eficiency,
b
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 2.13 berikut:
b
η = LHV
m P
f e
. . 3600
dimana:
b
η = efisiensi thermal brake LHV = nilai kalor bawah pembakaran bahan bakar bawah kJkg
Besarnya nilai kalor bawah pembakaran bahan bakar dapat dihitung dengan persamaan 2.15 berikut:
LHV = HHV – 3240
Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar gasohol BE-5, beban 10 kg dan putaran 2000 rpm:
LHV = 46911.885 – 3240 = 43671.885 kJkg
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Dengan diperolehnya nilai kalor bawah pembakaran bahan bakar maka dapat dihitung besarnya efisiensi thermal brake
b
η untuk masing-masing pengujian pada variasi beban dan putaran.
Untuk pengujian dengan menggunakan gasohol BE-5, beban 10 kg, dan putaran 2000 rpm:
b
η =
885 .
43671 .
936 .
1 014
. 16
×
x 3600 = 0.682
= 68.2 Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran dan beban
yang bervariasi, maka hasil perhitungan efisiensi thermal brake untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel di bawah ini:
Tabel 4.9 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake.
Beban kg
Putaran rpm
Efisiensi Thermal Brake Premium
Gasohol BE-5 Gasohol BE-10
10 2000
59.910 68.194
55.351 2500
60.780 68.375
65.688 3000
63.582 65.995
63.179 3500
65.442 59.678
57.404 4000
61.018 46.832
53.928
25 2000
56.998 64.493
64.345 2500
60.796 66.922
61.331 3000
57.050 63.737
66.896 3500
60.674 64.570
64.899 4000
61.688 60.927
64.102 Perbandingan harga efisiensi thermal brake untuk masing-masing pengujian
pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.13 dan 4.14 berikut.
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Gambar 4.13 Grafik Efisiensi Thermal Brake vs Putaran untuk beban 10 kg.
Berdasarkan hasil perhitungan efisiensi thermal brake maka didapat, pada pembebanan 10 kg gambar 4.13, efisiensi thermal brake tertinggi dari gasohol BE-5
terjadi pada putaran 2500 rpm sebesar 68.375. Pada putaran yang sama, efisiensi thermal brake dari gasohol BE-10 dan premium yaitu sebesar 65.688 dan 60.780.
Gambar 4.14 Grafik Efisiensi Thermal Brake vs Putaran untuk beban 25 kg.
10 20
30 40
50 60
70 80
2000 2500
3000 3500
4000
E ff
. T
h e
rm a
l B ra
k e
Putaran rpm
Premium BE-5
BE-10
10 20
30 40
50 60
70 80
2000 2500
3000 3500
4000
E ff
. T
h e
rm a
l B ra
k e
Putaran rpm
Premium BE-5
BE-10
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Berdasarkan hasil perhitungan efisiensi thermal brake maka didapat, pada pembebanan 25 kg gambar 4.14, efisiensi thermal brake tertinggi dari gasohol BE-5
terjadi pada putaran 2500 rpm sebesar 66.922. Pada putaran yang sama, efisiensi thermal brake dari gasohol BE-10 dan premium yaitu sebesar 61.331 dan 60.796.
Efisiensi thermal brake dari bahan bakar sangat tergantung terhadap nilai kalor bahan bakarnya. Semakin tinggi nilai kalor bahan bakar maka efisiensi thermal
brake akan semakin tinggi. Kenaikan putaran poros pada beban konstan 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 brake. 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 brake.
Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol Gasohol Be-5 Dan Be-10, 2009.
Beban kg
Putaran rpm
Karbon Monoksida Premium
Gasohol BE-5 Gasohol BE-10
10 2000
0.061 0.054
0.044 2500
0.051 0.035
0.027 3000
0.089 0.081
0.057 3500
0.209 0.160
0.145 4000
0.321 0.234
0.195
25 2000
0.051 0.050
0.043 2500
0.042 0.032
0.031 3000
0.079 0.065
0.062 3500
0.218 0.166
0.154 4000
0.301 0.230
0.225
4.3 Pengujian Emisi Gas Buang 4.3.1 Kadar Karbon Monoksida CO dalam gas buang