Pengujian Performansi Motor Bakar Bensin

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