Kajian Studi Pengaruh Penggunaan Blower Elektrik Terhadap Performansi Mesin Otto Efi Kapasitas 125 Cc Dengan Bakar Campuran Premium Dan Etanol

(1)

KAJIAN STUDI PENGARUH PENGGUNAAN BLOWER

ELEKTRIK TERHADAP PERFORMANSI MESIN OTTO EFI

KAPASITAS 125 CC DENGAN BAKAR CAMPURAN

PREMIUM DAN ETANOL

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

SIDO ALEXANDER LUMBANTORUAN NIM : 090401021

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

Abstrak

Ketergantungan masyarakat terhadap bahan bakar minyak sangat tinggi. Disamping itu kelangkaan bahan bakar minyak juga mempersulit keadaan ini. Pemanfaatan energi alternatif sebagai campuran bahan bakar merupakan hal yang tepat untuk menghemat penggunaan minyak, Indonesia sangat kaya akan sumber daya alam yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku energi alternatif, misalnya bioetanol yang diproses dari tumbuhan tebu. Krisis energi ini menyebabkan manusia harus beralih untuk lebih mengintensifkan penelitian dan penggunaan energi yang tidak terbarukan ke energi yang terbarukan dan juga berbagai macam peningkatan efisiensi untuk motor bakar, salah satunya dengan menambahkan alat seperti penggunaan turbocharger dan supercharger guna meningkatkan efisiensi motor bakar tersebut. Pada pengujian ini, penulis menggunakan blower elektrik sebagai penganti supercharger. Untuk itu perlu dilakukan pengujian terhadap performansi mesin supaya mengetahui dampak dari penggunaan alat ini. Oleh karena itu, penulis melakukan pengujian menggunakan bahan bakar premium yang dicampur dengan etanol dengan perbandingan campuran 90% premium dan 10 % etanol dengan menggunakan blower elektrik sebaga pengganti supercharger pada mesin honda supra x125 EFI. Perbandingan campuran bahan bakar ini sengaja dipilih penulis dalam pengujian, karena berdasarkan data yang diperoleh dari berbagai negara yang sudah mengembangkan penggunaan bahan bakar campuran etanol seperti Brazil dan Amerika Serikat, bahwa pencampuran etanol terhadap bahan bakar premium maximal sebanyak 10% untuk mesin otto sistem injeksi dengan kondisi kendaraan standart pabrikan. Dari penelitian ini diketahui bahwa pengaruh pengunaan blower elektrik sebagai pengganti supercharger yang digunakan pada mesin otto honda supra-X 125 EFI dengan bahan bakar campuran 90% premium dan 10% etanol dapat meningkatkan performansi mesin sebesar 11,854%.

Kata kunci : Mesin Otto, Bahan Bakar premiuml, bioetanol dari tebu, Performansi.

(6)

Abstract

Society 's dependence on oil is very high . Besides, the scarcity of fossil fuels also complicates the situation. Utilization of alternative energy fuel mix is the right to save the use of oil , Indonesia is very rich in natural resources that can be utilized as raw material for alternative energy , such as bio-ethanol is processed from sugarcane plants . The energy crisis led to the human need to switch to intensify research and the use of non-renewable energy to renewable energy and efficiency improvements for a wide variety of motor fuel , one of them by adding a tool such as the use of turbochargers and superchargers to increase the efficiency of the internal combustion engine . In this test , the authors use an electric blower supercharger as a substitute . For it is necessary to test the performance of the machine in order to determine the impact of the use of this tool . Therefore , the authors conducted a test using premium fuel with ethanol blended with a mixture ratio of 90 % gasoline and 10 % ethanol by using an electric blower supercharger sebaga replacement on honda supra x125 EFI engine . Comparison of the fuel mixture in the test writers deliberately chosen , because it is based on data obtained from a variety of countries that have developed the use of ethanol fuel mixtures such as Brazil and the United States , that the mixing of ethanol on the maximum premium fuel as much as 10 % for otto engines with injection system the condition of the vehicle manufacturer standards . From this research it is known that the effect of the use of electric blower supercharger used in lieu of the otto engine honda supra - X 125 EFI with a fuel mixture of 90 % gasoline and 10 % ethanol can increase engine performance by 11.854 % .

Keywords : Otto Engines , Fuel premiuml , bioethanol from sugarcane , Performance .

(7)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, karena atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelas Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan sikripsi ini, sangatlah sulit bagi penulis untuk menyelesaikan sikripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terimakasih kepada :

1. Kedua orang tua penulis, Ayahanda Sundar PT Lumbantoruan dan Ibunda Dormina Manalu yang telah memberikan dukungan doa, semangat dan dukungan materi kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

2. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Ir. A Halim Nasution, MSc, selaku dosen pembimbing yang telah

menyediakan waktu, tenaga dan pikiran untuk mengarahkan penulis dalam penyusunan sikripsi ini.

4. Bapak Dr.Eng.Himsar Ambarita, ST MT beserta Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST MT selaku dosen pembanding yang membantu penulis

menyempurnakan tugas akhir ini.

5. Bapak/Ibu staff pengajar dan pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Laboran Laboratorium Prestasi Mesin Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah banyak memberikan arahan kepada penulis selama pengujian berlangsung.

7. AUTO 2000 yang telah bersedia meminjamkan alat uji dalam penyusunan skripsi ini.

8. Saudaraku yang tercinta, Doras Saikin Gilbert Lumbantoruan dan keluarga, Semar Runggu Lumbantoruan yang telah memberikan dukungan doa, materi dan semangat kepada penulis selama pengerjaan tugas akhir ini.

(8)

9. Seluruh teman-teman penulis, khususnya angkatan 2009 yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis

10.Teman-teman Tim Horas USU yang sama-sama berjuang dalam pengerjaan mobil mesin USU.

Akhir kata, semoga Tuhan Yang Maha Kuasa berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu penulis. Semoga sikripsi ini memberi manfaat bagi pengembangan ilmu kedepannya.

Medan, Februari 2014 Penulis,

NIM. 090401021

(9)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR NOTASI ... xii

BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ... 1

1.2Batasan Masalah ... 3

1.3Tujuan ... 4

1.4Manfaat ... 4

1.5Metodologi Penulisan ... 5

1.6Sistematika Penulisan ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Supercharger ... 7

2.1.1 Electric Supercharger ... 7

2.2 Mesin Otto ... 8

2.2.1 Prinsip Kerja Mesin Otto 4 Tak ... 9

2.3 Performansi Motor Bakar ... 12

2.3.1. Nilai Kalor Bahan Bakar ... 13

2.3.2. Torsi ... 14

2.3.3. Daya Poros... 16

2.3.4. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ... 16

2.3.5. Efisiensi Thermal ... 17

2.3.6. Rasio Udara-Bahan Bakar (AFR) ... 17

2.3.7. Efisiensi Volumetris ... 19

2.4 Emisi Gas Buang ... 19

2.4.1 Sumber ... 20

(10)

2.4.3 Bahan Penyusun ... 20

2.5 Sejarah penggunaan Alkohol sebagai bahan bakar alternatif ... 25

2.6 Bioetanol dari Tanaman Tebu... 26

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Penelitian ... 28

3.2 Waktu Dan Tempat ... 28

3.2.1 Pengujian Konsumsi Bahan Bakar ... 28

3.2.2 Pengujian Torsi ... 29

3.2.3 Pengujian Emisi Gas Buang ... 29

3.2.4 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ... 30

3.3 Alat Dan Bahan ... 30

3.3.1 Alat ... 30

3.3.2 Bahan ... 39

3.4 Metode Pengolahan Data ... 41

3.4.1 Data Primer ... 41

3.4.2 Data Sekunder ... 41

3.5 Metode Pengolahan Data ... 41

3.6 Pengamatan Dan Tahapan Pengujian ... 41

3.6.1 Parameter ... 41

3.6.2 Prosedur Pengujian ... 41

3.7 Prosedur Pengujian Performansi Mesin ... 42

3.8 Prosedur Pengujian Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 44

3.9 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ... 46

3.10 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang ... 48

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Penelitian ... 50

4.1.1 Spesifikasi Data Alat dan Bahan Pengujian ... 50

4.1.1.1 Data Engine ... 50

4.1.1.2 Data Bahan Bakar ... 50

(11)

4.2 Pengujian Performansi Mesin Otto ... 52

4.2.1. Final Rasio ... 52

4.2.2. Torsi ... 53

4.2.3. Daya ... 64

4.2.4. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 71

4.2.5. Efisiensi Thermal Brake ... 78

4.2.6. Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) ... 87

4.2.7. Efisiensi Volumetris ... 101

4.3 Pengujian Emisi Gas Buang ... 110

4.3.1 Emisi Gas Buang Sebelum Menggunakan Blower ... 110

4.3.2 Emisi Gas Buang Setelah Menggunakan Blower ... 110

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 115

5.2 Saran ... 115

DAFTAR PUSTAKA ... xiv LAMPIRAN

(12)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Modifikasi pada mesin sesuai persentase campuran etanol

pada bahan bakar premium ...3

Gambar 2.1 Supercharger ... 8

Gambar 2.2 Prinsip Kerja Mesin Otto 4 Langkah ...10

Gambar 2.3 Diagram Pv dan Ts Mesin Otto 4 Langkah ...11

Gambar 2.4 Tanaman Tebu ...27

Gambar 3.1 Pengujian Konsumsi Bahan Bakar ...28

Gambar 3.2 Pengujian Torsi Pada Roda...29

Gambar 3.3 TachometerPengujian Emisi Gas Buang Kendaraan...29

Gambar 3.4 Pengujian Bom Kalorimeter ...30

Gambar 3.5 Sepeda Motor Honda Suprax125 PgmFI ...30

Gambar 3.6 Blower ...32

Gambar 3.7 Alat Ukur Emisi Gas Buang ...33

Gambar 3.8 HiDS HD-30 ...34

Gambar 3.9 Digital Stop Watch ...35

Gambar 3.10 Buret Atau Tabung Ukur ...35

Gambar 3.11 Tools ...36

Gambar 3.12 Regulator dsn Tabung Bertekanan ...36

Gambar 3.13 Timbangan Pegas ...37

Gambar 3.14 Timbangan Digital ...37

Gambar 3.15 Pengatur Bukaan Gas ...38

Gambar 3.16 Selang Bertekanan Tinggi ...38

Gambar 3.17 Pipa Besi ...39

Gambar 3.18 Premium ...40

Gambar 3.19 Etanol...40

Gambar 3.20 Pengujian Performansi Mesin ...44

Gambar 3.21 Pengujian Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ...46

Gambar 3.22 Bom Kalorimeter...46

Gambar 3.23 Pengujian Emisi Gas Buang ...48

(13)

Gambar 4.2 Grafik Torsi Vs Putaran sesudah menggunakan Blower...63 Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Torsi Vs Putaran sebelum dan sesudah

menggunakan Blower ...63 Gambar 4.4 Grafik Daya Vs Putaran sebelum Menggunakan Blower ...67 Gambar 4.5 Grafik Daya Vs Putaran Menggunakan Blower ...69 Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Daya Vs Putaran sebelum dan sesudah

menggunakan Blower ...69 Gambar 4.7 Grafik Sfc Vs Putaran Sebelum Menggunakan Blower ...73 Gambar 4.8 Grafik Sfc Vs Putaran Sesudah Menggunakan Blower ...77 Gambar 4.9 Grafik Sfc Vs Putaran sebelum dan sesudah menggunakan

blower ...77 Gambar 4.10 Grafik ηb Vs Putaran Sebelum Menggunakan Blower ...82 Gambar 4.11 Grafik ηb Vs Putaran Sesudah Menggunakan Blower ...85 Gambar 4.12 Grafik ηb Vs Putaran Sebelum Dan Sesudah Menggunakan

Blower ...86 Gambar 4.13 Grafik Perbandingan AFR Vs rpm sebelum penggunaan

blower ...97 Gambar 4.14 Grafik Perbandingan AFR Vs putaran sesudah penggunaan

blower ...100 Gambar 4.15 Grafik Perbandingan AFR sebelum dan sesudah penggunaan

blower ...100 Gambar 4.16 Grafik Perbandingan ɳv sebelum penggunaan blower ...105 Gambar 4.17 Grafik Efisiensi Volumetris Vs putaran sesudah penggunaan

blower ...108 Gambar 4.18 Grafik perbandingan Efisiensi Volumetris Vs putaran

sebelum dan sesudah penggunaan blower ...108 Gambar 4.19 Perbandingan CO sebelum dan sesudah penggunaan blower...111 Gambar 4.20 Perbandingan CO2 sebelum dan sesudah penggunaan blower...112 Gambar 4.21 Grafik Perbandingan HC sebelum dan sesudah penggunaan

blower ...113 Gambar 4.22 Grafik Perbandingan O2 sebelum dan sesudah penggunaan

(14)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Pengujian nilai kalor bahan bakar campuran 90% premium

dengan 10% etanol ...51

Tabel 4.2 Massa rata-rata pada pengujian sebelum penggunaan blower ...54

Tabel 4.3 Massa rata-rata pada pengujian sesudah penggunaan blower ...59

Tabel 4.4 Perubahan torsi setelah penggunaan blower ...64

Tabel 4.5 Perubahan daya setelah penggunaan blower ...70

Tabel 4.6 Hasil pengujian mf bahan bakar tanpa blower ...71

Tabel 4.7 Hasil pengujian mf bahan bakar dengan menggunakan blower ...74

Tabel 4.8 Perubahan nilai Sfc setelah penggunaan blower ...78

Tabel 4.9 Perubahan nilai ηb sesudah penggunaan blower ...86

Tabel 4.10 Perbandingan AFR sesudah penggunaan blower ...101

Tabel 4.11 Perbandingan Efisiensi Volumetris sesudah penggunaan blower ...109

Tabel 4.12 Emisi Gas Buang sebelum penggunaan blower ...110

Tabel 4.13 Emisi Gas Buang setelah penggunaan blower ...110

Tabel 4.14 Perbandingan CO sesudah penggunaan blower ...111

Tabel 4.15 Perbandingan CO2 sebelum dan sesudah penggunaan blower ...112

Tabel 4.16 Perbandingan HC sesudah penggunaan blower ...113

(15)

DAFTAR NOTASI

Lambang Keterangan

ṁ_� Laju massa udara dalam Silinder Kg/jam Satuan

ṁ_� Laju Aliran Bahan Bakar Kg/jam

AFR Rasio campuran bahan bakar dan udara

B Diameter Silinder mm

CV Nilai Kalor Kj/Kg

F Gaya N

G Gaya gravitasi m/s2

HHV Nilai kalor atas Kj/Kg

LHV Nilai kalor bawah Kj/Kg

ma massa aliran udara persiklus Kg/cyc-cycle

n Putaran rpm

ɳv Efisiensi Volumetris

PB Daya W

Pi Tekanan udara masuk ruang bakar kpa

rc Rasio kompresi

S

Panjang Langkah mm

Sfc Konsumsi Bahan Bakar Spesifik g/w.jam

t Waktu Jam

T Torsi N.m

Ti Temperatur udara masuk ruang bakar K Vc Volume sisa m3

Vd Volume langkah m3

(16)

Abstrak

Kata kunci : Mesin Otto, Bahan Bakar premiuml, bioetanol dari tebu, Performansi.

(17)

Abstract

Keywords : Otto Engines , Fuel premiuml , bioethanol from sugarcane , Performance .

(18)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kelangkaan bahan bakar minyak yang terjadi belakangan ini telah memberikan dampak yang luas di berbagai sektor kehidupan. Dimana sektor yang paling cepat terkena dampak kelangkaan bahan bakar ini adalah sektor transportasi, karena sektor ini merupakan salah satu sektor yang hampir keseluruhannya menggunakan bahan bakar minyak. Kelangkaan bahan bakar fosil ini menyebabkan kenaikan harga minyak yang signifikan di seluruh dunia. Disamping itu, penggunaan bahan bakar fosil ini juga memberikan dampak negatif terhadap kelestarian lingkungan. Dimana udara telah tercemar oleh polusi akibat asap pembakaran bahan bakar minyak yang mengandung gas – gas berbahaya seperti CO, NOX, dan UHC, serta unsur metalik seperti timbal (Pb) dan yang paling berbahaya adalah terjadinya pemanasan global (global warming).

Untuk menanggulangi hal di atas, maka dibutuhkan energi alternatif yang nantinya bisa digunakan untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil, seperti penggunaan energi alternatif dan penambahan atau penggantian perangkat mesin yang dapat meningkatkan performasi mesin tersebut seperti penggunaan fuel injection yang menggantikan fungsi karburator dan penambahan alat seperti turbocharger dan supercharger.

Sebenarnya di Indonesia terdapat berbagai sumber energi yang melimpah yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar altenatif seperti biodiesel dari tanaman jarak, kelapa sawit serta kedelai. Metanol dan etanol yang terbuat dari bio massa, dari tanaman tebu, jagung, nenas, beras, gandum, sorgum, kentang dan masih banyak yang lain. Namun semua sumber daya hayati ini belum dimanfaatkan secara maksimal sebagai bahan bakar alternatif.

Beberapa tahun terakhir ini teknologi-teknologi pada motor bakar terus mengalami perkembangan. Pengembangan terus dilakukan demi peningkatan efisiensi dari pada motor bakar untuk mendapatkan motor bakar dengan tenaga sebesar-besarnya namun dengan konsumsi bahan bakar yang lebih hemat energi. Krisis energi ini menyebabkan manusia beralih pola pikir untuk lebih

(19)

mengintensifkan penelitian dan penggunaan energi yang tidak terbarukan ke energi yang terbarukan. Berbagai macam peningkatan efisiensi untuk motor bakar sudah dilakukan baik dalam hal pemasukan bahan bakar (PGMFI, EFI, GDI dsb), penyempurnaan pembakaran (Twin spark plug, ignition timing), timing katup (vvti, vtec dsb) , piranti pendukung performansi seperti pemampatan udara masuk (Supercharger dan turbocharger) dan masih banyak pengembangan-pengembangan lainnya. Namun belum semua pengembangan-pengembangan dilakukan pada motor bakar terutama pada motor bakar berkapasitas kecil seperti pada sepeda motor. Menurut data kepolisisan RI (2011), di Indonesia penggunaan sepeda motor mencapai 68.839.341 unit sepeda motor, 6 kali lebih banyak dibandingkan jumlah penggunaan truk, bis ataupun mobil pribadi. Hal ini dikarenakan sepeda motor merupakan alat transportasi utama yang paling banyak di gunakan oleh masyarakat pada zaman sekarang ini. Hal ini disebabkan oleh karena nilai ekonomis ataupun kepraktisan yang dihadirkan oleh sepeda motor bagi penggunanya. Nilai ekonomis dapat kita lihat dengan harga sepeda motor yang relatif terjangkau. Sedangkan nila kepraktisannya dapat kita lihat dengan lincahnya kenderaan bermotor roda dua ini bila digunakan pada jalan raya yang padat dan juga dengan pembatasan bahan bakar minyak (BBM) bersubsidi terhadap kendaraan pribadi di Indonesia diyakini akan memicu peningkatan jumlah pengguna sepeda motor karena terjadi peralihan pemakaian alat transportasi pada masa mendatang. Oleh karena itu, pengembangan penggunaan untuk motor bensin berkapasitas kecil yang umumnya digunakan pada sepeda motor ini perlu dilakukan guna peningkatan efisiensinya.

Berdasarkan pada data yang diperoleh dari berbagai negara yang mengembangkan penggunaan bahan bakar alternatif seperti Brazil dan Amerika Serikat, dimana dengan mesin otto standart pabrikan dengan sistem Injection, campuran 10 % etanol yang dicampur pada bahan bakar premium masih bisa terbakar dengan baik, dan belum menimbulkan kerusakan pada mesin, sehingga bisa dingunakan pada mesin standart tanpa melakukan modifikasi pada mesin.

(20)

Gambar 1.1 Modifikasi pada mesin sesuai persentase campuran etanol pada bahan bakar premium[2].

Oleh karena itu dalam pengujian ini, digunakan mesin otto EFI dengan bahan bakar campuran etanol sebanyak 10% dan premium sebanyak 90% sesuai dengan data yang didapat dari negara yang mengembangkan penggunaan bahan bakar alternatif diatas.

1.2 Batasan Masalah

Pengujian ini dilakukan dengan batasan masalah sebagai berikut : 1. Bahan bakar yang digunakan dalam pengujian yaitu bahan bakar

campuran 90% premium dengan 10% etanol.

2. Alat uji yang digunakan untuk mengetahui komposisi emisi gas buang mesin otto yaitu “Autologic Gas Analyzer” merek stargas 898.

3. Mesin uji yang digunakan adalah mesin otto EFI 4-langkah 1-silinder berkapasitas 125cc pada laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin FT. USU.

4. Unjuk kerja mesin yang diteliti adalah :

 Torsi (Torsion)

 Daya (Brake Power)

 Konsumsi bahan bakar spesifik (Spesific Fuel Consumption)

 Efisiensi Thermal (Thermal Efficiency)

 AFR (Air Fuel Ratio)

 Efisiensi Volumetris

(21)

5. Senyawa gas buang mesin otto yang diamati adalah karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2), hidrokarbon (HC), dan oksigen (O2).

6. Blower elektrik digunakan sebagai pengganti Supercharger untuk pengujian ini.

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dilakukan pengujian ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk mengetahui perbandingan torsi motor bakar otto sesudah

penggunaan blower dengan bahan bakar campuran.

2. Untuk mengetahui perbandingan daya motor bakar otto sesudah penggunaan blower dengan bahan bakar campuran.

3. Untuk mengetahui perbandingan konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) motor bakar otto sesudah penggunaan blower dengan bahan bakar campuran.

4. Untuk mengetahui perbandingan Efisiensi Thermal motor bakar otto sebelum dan sesudah penggunaan blower dengan bahan bakar campuran. 5. Untuk mengetahui perbandingan AFR (Air Fuel Ratio) motor otto sesudah

pneggunaan blower dengan bahan bakar campuran.

6. Untuk mengetahui perbandingan Efisiensi Volumetris motor otto sesudah penggunaan blower dengan bahan bakar campuran.

7. Untuk mengetahui perbandingan emisi gas buang yang dihasilkan mesin otto sesudah penggunaan blower dengan bahan bakar campuran.

1.4 Manfaat

Adapun manfaat dilakukan pengujian ini adalah sebagai berikut :

1. Sebagai pertimbangan terhadap pemerintah untuk menghemat devisa Negara terhadap anggaran subsidi bahan bakar premium.

2. Untuk memotivasi masyarakat memanfaatkan bioetanol sebagai bahan bakar, yang mudah didapat dari berbagai tumbuhan yang tumbuh di Indonesia seperti tumbuhan tebu sehingga akan bernilai lebih ekonomis. 3. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan dari penggunaan alat

(22)

4. Sebagai pertimbangan terhadap produsen sepeda motor untuk peningkatan efisiensi produknya.

5. Untuk memberikan dukungan terhadap pemerintah dalam meningkatkan efisiensi dan penggunaan bahan bakar alternatif pada sepeda motor.

1.5 Metodologi Penulisan

Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut :

1. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan yang terkait.

2. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.

3. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil pengujian yang dilakukan di Laboratorium Motor Bakar Fakultas Teknik,

Laboratorium Teknologi Mekanik Fakultas Teknik, dan AUTO 2000. 4. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk oleh

Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

1.6 Sistematika penulisan

Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah sebagai berikut :

• Bab I : Pendahuluan

Bab ini berisikan tentang latar belakang, tujuan, manfaat serta ruang lingkup pengujian.

• Bab II : Tinjauan Pustaka

Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan untuk menyusun sikripsi yaitu tentang biomassa, tentang mesin otto dan prinsip kerjanya, tentang persamaan yang digunakan serta emisi gas buang yang dihasilkan mesin otto.

(23)

• Bab III : Metodologi Penelitian

Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan pengujian, bahan dan peralatan yang digunakan serta tahapan dan prosedur dalam pengujian.

• Bab IV : Hasil Dan Analisa Pengujian

Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian melalui pembahasan dengan perhitungan dan penganalisaan serta

memaparkannya dalam bentuk tabel dan grafik. • Bab V : Kesimpulan Dan Saran

Bab ini merupakan bagian penutup yang berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh dari pengujian yang dilakukan.

• Daftar Pustaka

Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun laporan. • Lampiran

Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari pengujian dalam bentuk tabel dan gambar.

(24)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Supercharger

Supercharger mesin pertama dunia yang bisa digunakan dan diuji diciptakan oleh Dugald Clerk, dimana dia menggunakannya pertama kali pada mesin 2-tak pada tahun 1878[6]. Sebuah supercharger memampatkan asupan udara untuk tekanan atmosfer yang meningkatkan densitas saluran udara masuk ke ruang bakar. Daya dihasilkan ketika campuran udara dan bahan bakar dibakar di dalam sebuah silinder mesin. Jika udara dipaksa lebih banyak ke dalam silinder, maka bahan bakar akan lebih banyak yang akan terbakar.

Mesin beroperasi dengan udara terkompresi pada tekanan atmosfer, yaitu 1 bar. Ketika katup intake silinder terbuka, tekanan atmosfer mendorong udara ke dalam silinder disaat piston diturunkan. Ketika katup buang terbuka, piston mendorong gas buang keluar ke dalam sistem knalpot, pada tekanan atmosfer normal. Semua sistem ini berada pada tekanan udara yang sama. Pada mesin tersebut, timing katup, timing camshaft & ukuran knalpot sangat penting untuk mendapatkan output daya yang maksimum.

Dalam sistem supercharger, laju aliran massa udara yang lebih besar akan dipasok atau dimasukkan ke ruang bakar, sehingga kerapatan udara yang lebih tinggi dan kecepatan aliran udara yang lebih tinggi pula. Tekanan udara yang masuk keruang bakar akan meningkat, sehingga daya akan meningkat akibat pembakaran yang lebih sempurna.

Supercharger membutuhkan sumber putaran untuk menggerakan komponennya, sumber putarannya biasanya diambil dari tenaga mesin dan ada juga dari baterai (supercharger elecktric), sehingga hal ini akan mengurangi performansi mesin. Namun semua itu akan tertutupi oleh daya yang dihasilkan setelah penggunaan alat ini. Keunggulan dari supercharger ini, efek peningkatan performansi mesin terasa lebih spontan dibanding penggunaan turbocharger, dimana mulai dari putaran rendah sudah terjadi kenaikkan tenaga. Tidak seperti halnya pada penggunaan turbocharger, dimana efek penambahan performansi mesin akan dirasakan pada saat rpm 3000 ke atas, sehingga akan terasa kurang

(25)

pada hal akselerasi pada rpm rendah, ditambah dengan tenaga yang digunakan untuk memutar turbin berasal dari gas buang pembakaran, sehingga akan menghambat pelepasan kalor dari ruang bakar.

Gambar 2.1 Supercharger[6]

2.1.1 Electric supercharger

Mengantisipasi regulasi yang harus dijalankan negara-negara dunia pada tahun 2012, yaitu tentang emisi gas buang yang makin ketat. Di samping itu, juga memenuhi keinginan konsumen secara umum di seluruh dunia, yaitu kendaraan yang irit konsumsi bahan bakar, sekaligus ramah lingkungan.

Salah satu caranya adalah dengan menggunakan perangkat supercharger

listrik (electric supercharger). Dengan tujuan agar mesin bekerja makin efisien.

Supercharger atau turbocharger listrik bukanlah temuan baru. Di Indonesia alat ini sudah dipasarkan sejak awal 1990-an.

Supercharger ini biayanya lebih murah dibandingkan dengan versi mekanis atau yang diputar oleh mesin (drive belt). Pemasangannya pun dinilai lebih gampang karena tak banyak lagi modifikasi. Supercharger ini ditargetkan untuk mesin yang berkapasitas kecil.

Diharapkan, dengan supercharger ini, penggunaan supercharger pada mesin ber-cc lebih kecil makin berkembang. Hal ini tidak hanya menguntungkan pemakai mesin dari konsumsi bahan bakar, dari segi nilai ekonomis juga perlu di pertimbangkan, karena harga electric supercharger jauh lebih murah serta

(26)

pengaplikasian yang lebih mudah dibanding versi mekanisnya dan dibanding dengan turbocharger.

Electric supercharger ini menggunakan daya untuk memutar turbin yang berasal dari energi listrik yang bisa diperoleh dari baterai pada kendaraan, sehingga penggunaan daya mesin tidak ada sama sekali untuk memutar turbin. Maka dengan ini, daya yang dihasilkan akan meningkat lebih tinggi. Namun kekurangannya adalah, ketersediaan energi baterai yang terbatas.

Pada pengujian ini, supercharger yang digunakan adalah blower elektrik yang dipasang atau diaplikasikan langsung pada motor. Dimana energi listrik yang digunakan untuk menghasilkan putaran pada turbin blower berasal dari luar kendaraan alat uji yaitu energi listrik AC.

2.2 Mesin Otto

Nikolaus August Otto mesin gas dan pada

perusahaannya sendiri. Perusahaan itu dinamai merupakan perusahaan pertama yang menghasilka Perusahaan ini masih ada sampai kini dengan nama

oleh gagasan

Pertama kali dibuat pada piston silinder. Paten Otto dibuat tak berlaku pada penemu lain, selebaran yang diterbitkan sendirian. Menurut studi sejarah terkini, penemu Italia dari mesin pembakaran dalam pada Otto dalam banyak hal paling tidak diilhami dari penemuan itu.

(27)

2.2.1 Prinsip Kerja Mesin Otto 4 tak

Disebut mesin empat langkah atau empat tak karena dalam sekali proses kerja mesin atau dalam satu siklus kerja mesin diperlukan empat langkah piston atau dua kali putaran poros engkol. Gambar dibawah merupakan prinsip cara kerja mesin otto empat tak.

Gambar 2.2 Prinsip Kerja Mesin Otto 4 Langkah[9]

Dari skema di atas tersebut, (a) langkah hisap, (b) langkah kompresi, (c) langkah usaha, (d) langkah buang. Kondisi awal kedua katup hisap dan buang dalam keadaan tertutup rapat sedangkan piston (torak) pada posisi terendahnya yaitu pada titik mati bawah (Bottom Dead Center/BDC) yang sering disebut TMB. Selama langkah kompresi, piston bergerak ke atas, dimana campuran bahan bakar dan udara dikompresikan. Sesaat sebelum piston mencapai posisi tertingginya yaitu titik mati atas (Top Dead Center/TDC)yang sering disebut TMA, percikan api terjadi yang ditimbulkan oleh busi sehingga membakar campuran bahan bakar dan udara yang telah terkompresi, yang kemudian menaikkan tekanan dan temperatur pada daerah ruang bakar. Tekanan gas yang tinggi tersebut mendorong piston kebawah menuju TMB sehingga

menyebabkan poros engkol berputar. Selama langkah usaha (langkah ekspansi) ini menghasilkan kerja keluaran yang merupakan torsi terbesar pada siklus pembakaran motor otto. Pada ujung langkah ini, piston berada pada posisi TMB untuk menyelesaikan siklus yang pertama (mesin satu siklus), sehingga isi silindernya berupa sisa pembakaran. Piston bergerak kembali ke atas membersihkan gas buang melalui katup buang (langkah pembuangan), kemudian piston turun kembali ke bawah mengambil campuran udara-bahan

(28)

bakar yang baru melalui katup hisap (langkah hisap). Sebagai catatan bahwa tekanan dalam silinder di atas tekanan lingkungan saat langkah buang dan berada di bawah tekanan lingkungan saat langkah hisap. Analisis

termodinamika untuk kondisi aktual tersebut dapat disederhanakan bila digunakan asumsi udara-standar yang berlaku sebagai gas-ideal. Karenaitu, siklus untuk kondisi aktual dimodifikasi menjadi sistem tertutup yang disebut sebagai siklus Otto ideal.

Siklus otto merupakan siklus ideal untuk mesin torak dengan pengapian nyala bunga api. Pada mesin pembakaran dengan sistem pengapian nyala api,

campuran bahan bakar dan udara dibakar dengan menggunakan percikan bunga api dari busi. Piston bergerak dalam empat langkah ( disebut juga mesin dua siklus) dalam silinder. Skema berikut memperlihatkan setiap langkah piston dan pernyataan prosesnya pada diagram P-v dan T-s untuk kondisi aktual mesin pengapian nyala api empat langkah.

Gambar 2.3 Diagram P-v dan T-s Mesin Otto 4 Langkah[2]

Siklus Otto ideal terdiri dari empat proses reversibel internal, yaitu proses 1-2 kompresi isentropik, proses 2-3 penambahan kalor pada volume tetap, proses 3-4 ekspansi isentropik, dan proses 4-1 pelepasan kalor pada volume tetap. Karena siklus Otto ideal ini merupakan sistem tertutup, maka ada beberapa asumsi yang digunakan yaitu (1) mengabaikan perubahan energi

(29)

kinetik dan potensial, dan (2) tidak ada kerja yang timbul selama proses perpindahan kalor.

Efisiensi termal siklus Otto ideal ini tergantung dari besarnya rasio kompresi mesin dan rasio kalor spesifik dari fluida kerjanya. Efisiensi siklus akan naik bila rasio kompresi semakin besar. Berikut siklus motor otto empat langkah secara singkat :

a) Langkah Hisap

• Piston bergerak dari TMA ke TMB

• Katup hisap terbuka dan katup buang tertutup

• Terjadi kevakuman dalam silinder, yang menyebabkan campuran udara dan bahan bakar masuk ke dalam silinder

b) Langkah Kompresi

• Piston bergerak dari TMB ke TMA

• Katup hisap tertutup dan katup buang tertutup

• Pada akhir langkah kompresi busi memercikkan bunga api c) Langkah Usaha

• Piston bergerak dari TMA ke TMB

• Katup hisap tertutup dan katup buang tertutup • Hasil pembakaran menekan piston

d) Langkah buang

• Piston bergerak dari TMB ke TMA • Katup hisap tertutup

• Katup buang terbuka

• Piston mendorong gas sisa pembakaran keluar 2.3 Performansi Motor Bakar

Perfonmansi motor bakar dipengaruhi oleh berbagai hal, diantaranya perbandingan kompresi, homogenitas campuran bahan bakar dengan udara, angka oktan bahan bakar serta tekanan udara masuk kedalam ruang bakar. Apabila perbandingan udara pada ruang bakar semakin besar, maka efisiensi motor bakar tersebut akan semakin tinggi akan tetapi dapat menimbulkan knocking pada motor yang menimbulkan berkurangnya daya pada motor tersebut. Untuk mengatasi

(30)

masalah ini bisa diimbangi dengan meningkatkan angka oktan bahan bakar yang dingunakan, akan tetapi perlu diketahui, apabila angka oktannya terlalu tinggi, maka performansi motor tersebut juga tidak maksimal.

2.3.1 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 nilai 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 :

�� = (�2 – �1 – ��) �� ... (1)

Dimana:

HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)

T1 = Temperatur air pendingin sebelum penyalaan (0C) T2 = Temperatur air pendingin sesudah penyalaan (0C) Tkp = Kenaikan temperatur akibat kawat penyala (0,05 0C) Cv = Panas jenis bom kalorimeter (KJ/Kg0C)

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 hidrogennya.

(31)

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 :

�� = �� – 3240 ... (2) Dimana:

LHV = Nilai Kalor Bawah (KJ/Kg)

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).

2.3.2 Torsi

Torsi adalah perkalian antara gaya dengan jarak. Selama proses usaha maka tekanan-tekanan yang terjadi di dalam silinder motor menimbulkan suatu gaya yang luar biasa kuatnya pada torak. Gaya tersebut dipindahkan kepada pena engkol melalui batang torak , dan mengakibatkan adanya momen putar atau torsi pada poros engkol. Untuk mengetahui besarnya torsi digunakan alat

dynamometer. Biasanya motor pembakaran ini dihubungkan dengan dynamometer

dengan maksud mendapatkan keluaran dari motor pembakaran dengan cara menghubungkan poros motor pembakaran dengan poros dynamometer dengan menggunakan kopling elastik.

(32)

Pada percobaan ini, alat yang digunakan untuk mengukur torsi motor adalah dengan timbangan pegas. Dimana timbangan pegas ini diikat pada roda belakang sepeda motor yang akan diuji nantinya. Maka didapat torsi pada roda dari hasil pembacaan pada timbangan pegas dengan menggunakan persamaan :

� = �� ... (3)

Troda = F x r ... (4)

Dimana :

F = Gaya (N)

G = Percepatan gravitasi (9,86 m/s2) m = Massa (Kg)

Troda = Torsi pada roda (Nm)

r = Jari – jari roda (m)

Dengan rumus diatas akan didapat torsi pada roda, sedangkan torsi pada motor dapat dihitung dengan membagikan torsi pada roda terhadap perbandingan rasio (final rasio), adapun perbandingan rasio dapat diketahui dengan rumus berikut :

final rasio = perbandingan rasio gear roda x perbandingan rasio

gear speed 3 x perbandingan rasio poros engkol ... (5) Jadi torsi mesin dapat diketahui dengan rumus berikut :

T_mesin = Troda

final rasio ... (6)

Dimana :

Tmesin = torsi pada mesin (Nm)

Sedangkan untuk percobaan dengan menggunakan blower, maka torsi pada mesin yang telah didapat akan dikurangkan lagi dengan torsi yang digunakan oleh blower, sehingga rumus menjadi :

Tmesin =

T_roda

(33)

Dimana :

Tblower = Torsi pada blower (Nm)

Adapun rumus untuk mencari Tblower adalah sebagai berikut :

Tblower =

PB.60

2.π.n... (8)

Dimana :

PB = Daya blower (W)

n = Putaran blower (rpm) 2.3.3 Daya Poros

Daya mesin adalah besarnya kerja mesin selama waktu tertentu. Pada motor bakar daya yang berguna adalah daya poros, dikarenakan poros tersebut menggerakan beban. Daya poros dibangkitkan oleh daya indikator , yang merupakan daya gas pembakaran yang menggerakan torak selanjutnya menggerakan semua mekanisme, sebagian daya indikator dibutuhkan untuk mengatasi gesekan mekanik, seperti pada torak dan dinding silinder dan gesekan antara poros dan bantalan. Prestasi motor bakar pertama-tama tergantung dari daya yang dapat ditimbulkannya. Semakin tinggi frekuensi putar motor makin tinggi daya yang diberikan hal ini disebabkan oleh semakin besarnya frekuensi semakin banyak langkah kerja yang dialami pada waktu yang sama. Dengan demikian besar daya poros itu adalah :

PB =

2π.n

60 T ... (9)

Dimana :

PB = Daya mesin ( W )

n = putaran mesin ( rpm )

2.3.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)

Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan salah satu parameter prestasi mesin yang penting di dalam suatu motor bakar. Parameter ini biasa dipakai sebagai ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar yang terpakai per-jam untuk setiap daya

(34)

kuda (Hp) yang dihasilkan. Adapun persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut :

SFC = ṁfx 103

PB ... (10)

ṁ_f = mfx 10−3

t x 3600 ... (11)

Dimana :

SFC = Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Kg/kW.h) PB = Daya (W)

ṁ_f = Laju aliran bahan bakar (gr/jam) t = Waktu (jam)

2.3.5 Efisiensi Thermal

Kinerja yang dihasilkan motor selalu lebih kecil dari pada energi yang

dibangkitkan piston karena sejumlah enegi hilang akibat adanya rugi-rugi mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis, perlu dicari kerja maksimium yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga sebagai efisiensi thermal brake (thermal efficiency, ηb). Jika daya keluaran (PB) dalam satuan W, laju aliran bahan bakar (mf) dalam satuan kg/jam, maka:

ηb =PB.10−3

mf . LHV x 3600

... (12) Dimana :

ηb : Efisiensi Thermal Brake

LHV : Nilai Kalor Bahan Bakar (Kj/Kg)

2.3.6 Rasio Udara - Bahan Bakar (AFR)

Energi yang masuk kedalam sebuah mesin Q_in berasal dari pembakaran bahan bakar hidrokarbon. Udara digunakan untuk menyuplai oksigen yang dibutuhkan untuk mendapatkan reaksi kimia didalam ruang bakar. Agar terjadi reaksi pembakaran, jumlah oksigen dan bahan bakar yang masuk ke ruang bakar harus tepat. Berdasarkan standarisasi SI, nilai AFR untuk mesin otto berada

(35)

diantara 12 ≤ AFR ≥ 18 sedangkan untuk mesin diesel berada diantara 18 ≤ AFR ≥ 70[1].

Adapun perbandingan udara dan bahan bakar tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut:

AFR =ma

m_f =

ṁa

ṁf

... (13) Dimana:

ma = massa udara di dalam silinder per siklus (Kg/cyl-cycle)

mf = massa bahan bakar di dalam silinder per siklus (Kg/cyl-cycle) ṁa = laju aliran udara didalam ruang bakar (Kg/jam)

ṁf = laju aliran bahan bakar didalam ruang bakar (Kg/jam)

Untuk menghitung laju aliran udara didalam ruang bakar, digunakan persamaan berikut :

�̇� = (��)(��)�3600₆₀��_� � �1₂��_�� ... (14) �� =��(�_��_._�+_��) ... (15) Dimana :

Pi = tekanan udara masuk ruang bakar (kpa)

Vd = Volume langkah (m3)

Vc = Volume sisa (m3)

R = Konstanta udara

Ti = Temperatur udara masuk ruang bakar (K)

Sedangkan untuk menghitung volume langkah dan volume sisa digunakan persamaan berikut :

�� = ��₄.�2.� ... (16) �� = ��_�_�₋₁ ... (17)

(36)

B = Bore (m) S = Stroke (m) rc = Rasio Kompresi

2.3.7 Efisiensi Volumetris

Efisiensi volumetris ηV merupakan volume campuran udara-bahan bakar yang masuk ke dalam silinder. Campuran udara-bahan bakar yang memasuki silinder ketika langkah isap inilah yang akan menghasilkan daya. Efisiensi

volumetris ηV mengindikasikan jumlah campuran udara-bahan bakar relatif terhadap tekanan udara atmosfir. Bila tekanan campuran udara-bahan bakar sama dengan tekanan atmosfir, maka dikatakan bahwa mesin memiliki Efisiensi

volumetris 100%. Dengan menggunakan supercharger dan turbocharger akan menaikkan tekanan campuran udara-bahan bakar masuk silinder, sehingga efisiensi volumetris mesin akan lebih besar dari 100%. Namun, bila silinder diisi dengan tekanan kurang dari tekanan atmosfir, maka efisiensi volumetrisnya dibawah 100%. Efisiensi volumetris mesin standart biasanya berkisar antara 80% hingga 100%.

ɳv =

(v_d.ρ) ... (18)

ρ= Patm

Rx T_i ... (19)

Dimana :

ɳv =Efisiensi Volumetris

ρ = Density udara (Kg/m3

) 2.4 Emisi Gas Buang

Emisi gas buang adalah sisa hasil pembakaran bahan bakar di dalam

pembakaran yang tidak sempurna dari sistem pembuangan dan pembakaran mesin serta lepasnya partikel-partikel karena kurang tercukupinya oksigen dalam proses pembakaran tersebut.

(37)

Adapun ambang batas emisi gas buang yang telah ditetapkan oleh pemerintah sesuai peraturan menteri negara lingkungan hidup nomor 05 tahun 2006, tentang ambang batas emisi gas buang kendaraan bermotor oleh menteri negara

lingkungan hidup dapat dilihat pada lampiran.

2.4.1. 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.

2.4.2 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, karbonat, nitrogen oksida, ozon dan lainnya.

2.4.3. 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. Bahan pencemar

(polutan) yang berasal dari mesin otto diklasifikasikan menjadi beberapa kategori sebagai berikut :

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.

(38)

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 di dalam 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.

(39)

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 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.

Asap kendaraan merupakan sumber utama bagi karbonmonoksida di berbagai perkotaan. Data mengungkapkan bahwa 60% pencemaran udara di Jakarta di sebabkan karena benda bergerak atau transportasi umum yang berbahan bakar solar terutama berasal dari Metromini. Formasi CO merupakan fungsi dari rasio kebutuhan udara dan bahan bakar dalam proses pembakaran di dalam ruang bakar. Percampuran yang baik antara udara dan bahan bakar terutama yang terjadi pada mesin-mesin yang menggunakan Turbocharger atau supercharger merupakan salah satu strategi untuk meminimalkan emisi CO. Karbon monoksida yang meningkat di berbagai perkotaan dapat mengakibatkan turunnya berat janin dan meningkatkan jumlah kematian bayi serta kerusakan otak. Karena itu strategi penurunan kadar karbon monoksida akan tergantung pada pengendalian emisi seperti penggunaan bahan katalis yang

mengubah bahan karbon monoksida menjadi karbon dioksida dan

penggunaan bahan bakar terbarukan yang rendah polusi bagi kendaraan bermotor seperti dengan penggunaan bahan bakar alternatif.

(40)

Oksigen (O2) sangat berperan dalam proses pembakaran, dimana oksigen

tersebut akan diinjeksikan ke ruang bakar. Dengan tekanan yang sesuai akan mengakibatkan terjadinya pembakaran bahan bakar. Nitrogen monoksida (NO) merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau sebaliknya nitrogen dioksida (NO2) berwarna coklat kemerahan dan

berbau tajam. NO merupakan gas yang berbahaya karena mengganggu saraf pusat. NO terjadi karena adanya reaksi antara N2 dan O2 pada

temperature tinggi di atas 1210o_{C. Persamaan reaksinya adalah sebagai}

berikut:

O2 → 2O

N2+O → NO+N

N+O2 → NO+O

Konsentrasi dari oksigen di gas buang kendaraan berbanding terbalik dengan konsentrasi CO2. Untuk mendapatkan proses pembakaran

yang sempurna, maka kadar oksigen yang masuk ke ruang bakar harus mencukupi untuk setiap molekul hidrokarbon. Dalam ruang bakar, campuran udara dan bensin dapat terbakar dengan sempurna apabila bentuk dari ruang bakar tersebut melengkung secara sempurna. Kondisi ini memungkinkan molekul bensin dan molekul udara dapat dengan mudah bertemu untuk bereaksi dengan sempurna pada proses pembakaran. Tapi sayangnya, ruang bakar tidak dapat sempurna

melengkung dan halus sehingga memungkinkan molekul bensin seolah-olah bersembunyi dari molekul oksigen dan menyebabkan proses pembakaran tidak terjadi dengan sempurna.

Normalnya konsentrasi oksigen di gas buang adalah sekitar 1.2% atau lebih kecil bahkan mungkin 0%. Tapi kita harus berhati-hati apabila konsentrasi oksigen mencapai 0%. Ini menunjukkan bahwa semua oksigen dapat terpakai semua dalam proses pembakaran dan ini dapat berarti bahwa AFR cenderung kaya. Dalam kondisi demikian, rendahnya

(41)

konsentrasi oksigen akan berbarengan dengan tingginya emisi CO. Apabila konsentrasi oksigen tinggi dapat berarti AFR terlalu kurus tapi juga dapat menunjukkan beberapa hal lain. Apabila dibarengi dengan tingginya CO dan HC, maka pada mobil yang dilengkapi dengan CC berarti CC mengalami kerusakan. Untuk mobil yang tidak dilengkapi dengan CC, bila oksigen terlalu tinggi dan lainnya rendah berarti ada kebocoran di exhaust system.

e. Hidrokarbon (HC)

Bensin adalah senyawa hidrokarbon, jadi setiap HC yang didapat di gas buang kendaraan menunjukkan adanya bensin yang tidak terbakar dan terbuang bersama sisa pembakaran. Apabila suatu senyawa

hidrokarbon terbakar sempurna (bereaksi dengan oksigen) maka hasil reaksi pembakaran tersebut adalah karbondioksida (CO2) dan air (H2O).

Walaupun rasio perbandingan antara udara dan bensin (AFR=Air Fuel Ratio) sudah tepat dan didukung oleh desain ruang bakar mesin saat ini yang sudah mendekati ideal, tetapi tetap saja sebagian dari bensin seolah-olah tetap dapat “bersembunyi” dari api saat terjadi proses pembakaran dan menyebabkan emisi HC pada ujung knalpot pun tinggi.

Untuk mesin otto yang tidak dilengkapi dengan Catalytic Converter

(CC), emisi HC yang dapat ditolerir adalah 500 ppm dan untuk mesin otto yang dilengkapi dengan CC, emisi HC yang dapat ditolerir adalah 50 ppm. Emisi HC ini dapat ditekan dengan cara memberikan tambahan panas dan oksigen diluar ruang bakar untuk menuntaskan proses

pembakaran. Proses injeksi oksigen tepat setelah exhaust port akan dapat menekan emisi HC secara drastis. Saat ini, beberapa mesin otto yang pada umumnya pada mesin mobil sudah dilengkapi dengan electronic air injection reaction pump yang langsung bekerja saat cold-start untuk menurunkan emisi HC sesaat sebelum CC mencapai suhu kerja ideal.

(42)

Apabila emisi HC tinggi, menunjukkan ada 3 kemungkinan

penyebabnya yaitu CC yang tidak berfungsi, AFR yang tidak tepat (terlalu kaya) atau bensin tidak terbakar dengan sempurna di ruang bakar.

Apabila mesin otto dilengkapi dengan CC, maka harus dilakukan

pengujian terlebih dahulu terhadap CC dengan cara mengukur perbedaan suhu antara inlet CC dan outletnya. Seharusnya suhu di outlet akan lebih tinggi minimal 10% daripada inletnya.

Apabila CC bekerja dengan normal tapi HC tetap tinggi, maka hal ini menunjukkan gejala bahwa AFR yang tidak tepat atau terjadi misfire. AFR yang terlalu kaya akan menyebabkan emisi HC menjadi tinggi. Ini bisa disebabkan antara lain kebocoran fuel pressure regulator, setelan karburator tidak tepat, filter udara yang tersumbat, sensor temperature mesin yang tidak normal dan sebagainya yang dapat membuat AFR terlalu kaya. Injector yang kotor atau fuel pressure yang terlalu rendah dapat membuat butiran bensin menjadi terlalu besar untuk terbakar dengan sempurna dan ini juga akan membuat emisi HC menjadi tinggi. AFR yang terlalu kaya juga akan membuat emisi CO menjadi tinggi dan bahkan menyebabkan outlet dari CC mengalami overheat, tetapi CO dan HC yang tinggi juga bisa disebabkan oleh rembasnya pelumas ke ruang bakar. Apabila hanya HC yang tinggi, maka harus ditelusuri penyebab yang membuat ECU memerintahkan injektor untuk menyemprotkan bensin hanya sedikit sehingga AFR terlalu kurus yang menyebabkan terjadinya intermittent misfire. Pada mesin otto yang masih menggunakan karburator, penyebab misfire antara lain adalah kabel busi yang tidak baik, timing pengapian yang terlalu mundur, kebocoran udara disekitar

intake manifold atau mechanical problem yang menyebabkan angka kompresi mesin rendah.

Untuk mengurangi emisi HC, maka dibutuhkan sedikit tambahan udara atau oksigen untuk memastikan bahwa semua molekul bensin dapat “bertemu” dengan molekul oksigen untuk bereaksi dengan

(43)

sempurna. Ini berarti AFR 14,7:1 (lambda = 1.00) sebenarnya merupakan kondisi yang sedikit kurus. Inilah yang menyebabkan oksigen dalam gas buang akan berkisar antara 0.5% sampai 1%. Pada mesin yang dilengkapi dengan CC, kondisi ini akan baik karena membantu fungsi CC untuk mengubah CO dan HC menjadi CO2. Mesin tetap dapat bekerja dengan

baik walaupun AFR terlalu kurus bahkan hingga AFR mencapai 16:1. Tapi dalam kondisi seperti ini akan timbul efek lain seperti mesin cenderung

knocking, suhu mesin bertambah dan emisi senyawa NOX juga akan meningkat drastis.

2.5 Sejarah Penggunaan Alkohol Sebagai Bahan Bakar Alternatif

(Bio)Etanol telah digunakan manusia sejak zaman prasejarah sebagai bahan pemabuk dalam minuman beralkohol. Residu yang ditemukan pada peninggalan keramik yang berumur 9000 tahun dari China bagian utara menunjukkan bahwa minuman beralkohol telah digunakan oleh manusia prasejarah dari masa Neolitik.

Campuran dari (Bio)etanol yang mendekati kemrunian untuk pertama kali ditemukan oleh Kimiawan Muslim yang mengembangkan proses distilasi pada masa Kalifah Abbasid dengan peneliti yang terkenal waktu itu adalah Jabir ibn Hayyan (Geber), Al-Kindi (Alkindus) dan al-Razi (Rhazes). Catatan yang disusun oleh Jabir ibn Hayyan (721-815) menyebutkan bahwa uap dari wine yang mendidih mudah terbakar. Al-Kindi (801-873) dengan tegas menjelaskan tentang proses distilasi wine. Sedangkan (Bio)etanol absolut didapatkan pada tahun 1796 oleh Johann Tobias Lowitz, dengan menggunakan distilasi saringan arang.

Antoine Lavoisier menggambarkan bahwa (Bio)etanol adalah senyawa yang terbentuk dari karbon, hidrogen dan oksigen. Pada tahun 1808 Nicolas-Théodore de Saussure dapat menentukan rumus kimia etanol. Limapuluh tahun kemudian (1858), Archibald Scott Couper menerbitkan rumus bangun etanol. Dengan demikian etanol adalah salah satu senyawa kimia yang pertama kali ditemukan rumus bangunnya. Etanol pertama kali dibuat secara sintetis pada tahu 1829 di Inggris oleh Henry Hennel dan S.G.Serullas di Perancis. Michael Faraday

(44)

membuat etanol dengan menggunakan hidrasi katalis asam pada etilen pada tahun 1982 yang digunakan pada proses produksi etanol sintetis hingga saat ini.

Pada tahun 1840 etanol menjadi bahan bakar lampu di Amerika Serikat, pada tahun 1880-an Henry Ford membuat mobil quadrycycle dan sejak tahun 1908 mobil Ford model T telah dapat menggunakan (bio)etanol sebagai bahan bakarnya. Namun pada tahun 1920an bahan bakar dari petroleum yang harganya lebih murah telah menjadi dominan menyebabkan etanol kurang mendapatkan perhatian. Akhir-akhir ini, dengan meningkatnya harga minyak bumi, bioetanol kembali mendapatkan perhatian dan telah menjadi alternatif energi yang terus dikembangkan.

2.6 Bioetanol dari Tanaman tebu

Tanaman tebu (Saccharum officinarum L) adalah satu anggota familia rumput-rumputan (Graminae) yang merupakan tanaman asli tropika basah, namun masih dapat tumbuh baik dan berkembang di daerah subtropika, pada berbagai jenis tanah dari daratan rendah hingga ketinggian 1.400 m diatas permukaan laut (dpl). Adapun klasisfikasi tanaman tebu secara biologi yaitu:

Kerajaan : plantae

Divisi : magnoliophyta Kelas : liliopsida

Ordo : poales

Famili : poaceae Genus : saccharum

(45)

Gambar 2.4 Tanaman Tebu[8]

Penggunaan bensin yang dicampur dengan etanol pada kendaraan berbahan bakar bensin biasa hanya diperbolehkan dalam kadar yang rendah saja. Hal ini karena etanol bersifat korosif dan dapat merusak beberapa material di dalam mesin dan sistem bahan bakar. Mesinnya sendiri pun harus dikonfigurasi ulang sehingga memiliki rasio kompresi yang tinggi, agar dapat memanfaatkan kelebihan yang dimiliki oleh etanol, yang nantinya bisa berpengaruh pada efisiensi bahan bakar dan emisi gas buang yang lebih baik. Tabel di bawah ini menunjukkan modifikasi yang dibutuhkan pada mesin bensin biasa agar mobilnya bisa berjalan dengan halus dan tidak menyebabkan kerusakan apapun. Informasi di bawah ini didasarkan dari modifikasi yang dibuat oleh pabrikan otomotif di Brasil pada awal program etanol di negara itu pada akhir 1970-an.

(46)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1.Penelitian

Untuk mencapai tujuan yang diinginkan, penelitian ini dilakukan dengan metode penelitian eksperimental yaitu metode yang dapat dipakai untuk menguji pengaruh dari suatu perlakuan atau desain baru dengan cara membandingkan antara desain baru atau perlakuan baru dengan desain lain tanpa perlakuan baru (kondisi awal desain) sebagai control atau pembanding pada hasil penelitian.

Pada pengujian ini, kondisi awal pengujian yaitu pada saat pengujian tanpa menggunakan blower dan hasil pengujian akan dibandingkan dengan pengujian menggunakan blower, sehingga peningkatan performansi mesin dapat diketahui.

Pengujian ini dilakukan dengan memvariasikan putaran motor (variable speed) pada penggunaan blower dan tanpa penggunaan blower dengan rentang rpm 1000 yang dimulai dari rpm 1000 hingga rpm 9000.

3.2.Waktu dan Tempat

3.2.1. Pengujian Konsumsi Bahan Bakar

Dilakukan di Laboratorium Teknologi Mekanik Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara selama 1 minggu.

(47)

3.2.2. Pengujian Torsi

Dilakukan di Laboratorium Teknologi Mekanik Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara selama 1 bulan.

Gambar 3.2 Pengujian Torsi Pada Roda

3.2.3. Pengujian Emisi Gas Buang

Dilakukan di Bengkel Toyota AUTO 2000 Jln. SM. Raja selama 1 minggu.

(48)

3.2.4. Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar

Dilakukan di Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara selama 1 hari.

Gambar 3.4 Pengujian Bom Kalorimeter

3.3.Alat dan Bahan 3.3.1. Alat

1. Mesin

Mesin yang digunakan yaitu mesin otto 4 langkah, dimana mesin yang digunakan adalah mesin Sepeda Motor Honda Supra-X 125 PGMFI.

(49)

Spesifikasi: 1. Engine :

• Mesin : 4 langkah SOHC, pendingin udara

• Kelas : 125

• Volume langkah : 124,8 cc

• Diameter X Langkah : 52,4 x 57,9 mm • Perbandingan Kompresi : 9 : 1

• Sistem pemasukan : Injection

• Sistem pengapian : Full transistorized • Daya Maksimum : 9,63 PS / 7.500 RPM • Torsi Maksimum : 1,08 kgf.m / 5.500 RPM

• Kapasitas Pelumas Mesin : 0,7 L dalam penggantian periodik • Tipe Starter : pedal dan elektrik

• Sistem Pendingin : pendinginan udara

• Kopling : ganda, sentrifugal, tipe basah

• Busi : ND U20EPR9, NGK CPR6EA-9

2. Transmisi :

• Tipe Transmisi : 4 kecepatan rotari • Pola Pengoperan Gigi : N-1-2-3-4-N (rotari) • Rasio Gigi : Speed 1 = 35/14

Speed 2 = 31/20 Speed 3 = 23/20 Speed 4 = 26/24 2. Blower

Blower yang digunakan bertujuan untuk mensuplai atau memampatkan udara keruang bakar sebagai pengganti penggunaan supercharger pada umumnya. Pada pengujian ini digunakan blower elektrik dengan spesifikasi sebagai berikut :

• Speed : 0-15000 RPM • Input power : 650 W

• Rated volt : 220 V • Frequency : 50 Hz

(50)

Gambar 3.6 Blower 3. Alat Ukur Emisi Gas Buang

Alat ukur yang digunakan adalah Stargas 898, alat ini merupakan gas buang analyzer CO, CO2, HC, O2, NOX (opsional). Kondisi

lingkungan pengukuran meliputi : temperatur, tekanan atmosfer, kelembaban relatif. Stargas juga dapat memeriksa operasional dari probe

lambda seluruh simulasi yang beroperasi. (1V/5V) Stargas analyzer adalah unit multifungsi opsional, tanpa perlu yang terhubung ke PC. Stargas dapat dikendalikan dari jauh melalui keyboard opsional inframerah. Stargas dapat digunakan dengan mudah untuk melakukan pengujian emisi gas buang kendaraan dan data yang diambil dapat disimpan dan dicetak langsung.

Spesifikasi:

• Daya 270V, 50 – 60Hz • Baterai 16V (sekering 5A) • IR remote Keyboard 3 x AAA • Max Konsumsi 70W

• Tampilan LCD 320x240

• Keyboard silicone karet, dilapisi

• Printer termal bi-warna (hitam / merah, 24 kolom) • Serial port COM1, COM2, RS232, RS485

(51)

• Parameter ambient suhu -40 - +60 celcius • Parameter ambient suhu -40 - +60 celcius • Ambient tekanan 750 – 1060 hPa

• Ambient kelembaban relatif 0% - 100% • Refresh rate 20 kali per detik

• Tingkat arus <10 liter per menit • Bekerja suhu 5-40 celcius

• Fitur jam, tanggal, waktu & cetak • Ukuran 400mm x 180mm x 450mm • Berat 8.6 kgs

Gambar 3.7 Alat Ukur Emisi Gas Buang 4. HiDS HD-30

HiDS adalah alat yang mampu berkomunikasi dengan Engine Control Module (ECM) yaitu pada motor honda injection, data-data berupa sinyal dari ECM akan dibaca HiDS dan ditampilkan pada layar peraga dalam bentuk besaran-besaran fisika, seperti:

- Suhu ditampilkan dalam °C. - Tekanan ditampilkan dalam kPA. - Putaran mesin ditampilkan dalam RPM. - Dll.

(52)

Gambar 3.8 HiDS HD-30

HiDS juga dilengkapi dengan fasilitas untuk menampilkan data data kesalahan sensor yang terdeteksi ECM, baik data kesalahan yang sudah terjadi dan tersimpan dalam memory ECM ataupun data yang sedang terjadi yang terdeteksi ECM, data-data tersebut akan ditampilkan pada layar peraga HiDS dengan menggunakan Bahasa Indonesia sehingga mudah dimengerti dan informatif, HiDS juga memiliki fasilitas untuk melakukan re-set atau menghapus data-data kesalahan yang tersimpan di ECM dengan amat mudah, HiDS juga memiliki kemampuan untuk menampilkan data-data saat sepeda motor dalam kondisi stasioner.

Spesifikasi:

• Dimensi : 122 x 82 x 33 mm ( p x l x t). • Tegangan : 8 – 15 Volt DC.

• Arus : 100 – 150 mA. • Tampilan : Peraga 20 x 4 5. Digital Stop watch

Digital stop watch digunakan untuk menghitung waktu pada saat pengujian, alat ini hanya digunakan pada pengujian konsumsi bahan bakar spesifik.

(53)

Gambar 3.9 Digital Stop Watch 6. Buret atau tabung ukur

Buret atau Tabung ukur digunakan untuk mengukur jumlah bahan bakar yang terpakai pada saat pengujian konsumsi bahan bakar.

Spesifikasi :

• Kapasitas : 50 ml • Akurasi : 0.05 ml

Gambar 3.10 Buret Atau Tabung Ukur 7. Tools

Tools merupakan alat bantu pada saat pemasangan alat-alat pengujian seperti pemasangan blower pada chasis speda motor, pemasangan selang bertekanan tinggi pada injector, pemasangan pipa besi pada tabung bertekanan dan pemasangan timbangan pegas untuk pengujian torsi dan daya.

(54)

Gambar 3.11 Tools 8. Regulator dan Tabung bertekanan

Regulator digunakan sebagai alat untuk mensetting atau mengontrol tekanan pada tabung bertekanan sebesar ±2,9 bar pada saat pengujian. Sehingga tekanan bahan bakar yang akan diterima oleh injector

menyamai tekanan yang diberikan oleh pompa elektrik pada aplikasi sebenarnya. Dengan demikian kondisi injector dan perangkat pendukung lain dapat bekerja dengan normal sebagaimana biasanya.

Gambar 3.12 Regulator Dan Tabung Bertekanan 9. Timbangan pegas

Timbangan pegas ini digunakan sebagai alat untuk mengukur daya dan torsi pada roda belakang motor sebagaimana halnya dyno test yang sering digunakan untuk mengetahui torsi dan daya kendaraan. Namun pada pengujian ini, data yang ditunjukkan oleh timbangan pegas akan

(55)

diolah kembali menggunakan rumus, karena daya yang didapat merupakan data pada roda, belum dikonversikan secara langsung pada data mesin yang sebenarnya sebagaimana halnya pada dyno test.

Data yang didapat pada timbangan ini, nantinya akan digunakan untuk mengetahui performansi mesin sebagai pertimbangan pada hasil pengujian.

Spesifikasi :

Beban maksimal : 150 kg

Akurasi : 0,5 kg

Gambar 3.13 Timbangan Tarik 10.Timbangan digital

Timbangan digital ini digunakan untuk mengukur massa bahan bakar premium, etanol dan bahan bakar setelah dicampur. Alat ini digunakan pada saat pengujian nilai kalor bahan bakar.

(56)

11.Pengatur Bukaan Throttle atau Bukaan Gas

Alat ini digunakan untuk mensetting rpm motor saat pengujian. Alat ini digunakan bertujuan agar rpm yang telah ditentukan tetap konstan sehingga pengujian akan lebih akurat. Alat ini digunakan pada semu pengujian yang dilakukan.

Gambar 3.15 Pengatur Bukaan Gas 12.Selang bertekanan tinggi

Alat ini digunakan untuk menghubungkan tabung bertekanan dengan injector pada saat pengujian performansi motor dan pengujian emisi gas buang serta sebagai conector pada pipa besi saat pengujian konsumsi bahan bakar spesifik.

(57)

13.Pipa besi

Pipa ini digunakan sebagai penghubung tabung bertekanan dengan

injector pada saat pengujian konsumsi bahan bakar spesifik. Pipa ini digunakan untuk menggantikan fungsi selang bertekanan tinggi. Pada pengujian konsumsi bahan bakar spesifik tidak menggunakan selang bertekanan tinggi melainkan menggunakan pipa besi. Hal ini dikarenakan pada saat diberi tekanan sebesar ±2,9 bar, maka selang bertekanan tinggi akan memuai atau mengembang, sehingga pengukuran konsumsi bahan bakar saat pengujian tidak akurat, sedangkan dengan penggunaan pipa besi, dengan tekanan ±2,9 bar, belum terjadi pemuaian, dengan demikian pengujian akan lebih akurat.

Gambar 3.17 Pipa Besi

3.3.2. Bahan

Bahan bakar yang digunakan pada pengujian ini yaitu bahan bakar campuran 90% premium dengan 10% bioetanol.

1. Premium

Premium adalah kekuningan yang jernih. Premium merupakan BBM unt dipasarkan oleh memperoleh subsidi dar

Premium merupakan BBM denganResearch Octane Number (RON) terendah di antara BBM untuk kendaraan bermotor lainnya, yakni hanya bakar kendaraan bermotor bermesi

(58)

motor tempel, dan lain-lain. Bahan bakar ini sering juga disebut motor

gasoline at

Gambar 3.18 Premium 2. Etanol

Etanol merupakan energi alternatif yang bisa digunakan sebagai bahan bakar campuran premium untuk mesin otto, dalam pengujian kali ini digunakan etanol yang terbuat dari tebu.

Gambar 3.19 Etanol

(59)

3.4. Metode Pengumpulan Data 1. Data Primer

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

2. Data Sekunder,

Data sekunder merupakan data tentang karakteristik bahan bakar yang digunakan dalam pengujian

3.5. Metode Pengolahan Data

Data yang diperoleh dari hasil pengujian diolah menggunakan rumus yang ada, kemudian hasil dari peritungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.

3.6. Pengamatan dan Tahap Pengujian 3.6.1. Parameter

Adapun parameter yang akan ditinjau dalam pengujian ini adalah : 1. Torsi motor ( T )

2. Daya motor ( N )

3. Konsumsi bahan bakar spesifik ( sfc ) 4. Efisiensi thermal

5. Air Fuel Ratio (AFR) 6. Efisiensi Volumetris 7. Emisi gas buang

3.6.2. Prosedur Pengujian

Adapun prosedur pengujian dibagi menjadi dua bagian, yaitu : 1. Pengujian motor otto empat langkah tanpa blower dengan

memvariasikan putaran motor.

2. Pengujian motor otto empat langkah dengan menggunakan blower dengan memvariasikan motor.

(60)

3.7. Prosedur Pengujian Performansi Mesin

Adapun Prosedur pengujian performansi motor dilakukan dengan dua cara yaitu :

a. Pengujian tanpa blower

Pengujian tanpa blower dilakukan dengan langkah – langkah sebagai berikut :

1. Pemeriksaan kondisi motor secara umum dan pemeriksaan sambungan selang bertekanan pada tabung bertekanan.

2. Mengikat sepeda motor pada tiang tahanan

3. Memasukkan bahan bakar kedalam tabung bertekanan dan memastikan takanan pada tabung sebesar ±2,9 bar dengan menggunakan regulator.

4. Memastikan angka pada timbangan sudah tepat pada angka 0 kg dan mengikatkan salah satu ujungnya pada roda belakang dan ujung yang lain pada tiang penahan.

5. Menghubungkan HiDS dengan motor melalui conector yang terdapat pada bagian depan sepeda motor

6. Memposisikan gigi transmisi pada posisi gigi 3. Dalam hal ini percobaan dilakukan menggunakan gigi 3 dengan pertimbangan agar hasil pengujian masih dalam skala alat uji yang digunakan.

7. Start mesin dengan starter sambil menekan kopling.

8. Memilih jenis motor supra-X 125 pada HiDS untuk mengaktifkan program HiDS.

9. Merekam hasil pengujian pada timbangan dengan video camera.

10.Mengatur putaran mesin pada putaran yang telah ditentukan dengan menggunakan tuas kecepatan dan memastikan putaran mesin tetap konstan dengan cara melihat putaran mesin pada alat HiDS HD-30.

11. Melepaskan kopling sehingga timbangan tertarik oleh roda belakang hingga mesin berhenti pada beban maksimal.

12. Dilakukan 5 kali pengujian untuk setiap putaran atau rpm yang ditentukan. 13. Memutar kembali rekaman video dan mencatat massa yang tercatat pada

timbangan.

(61)

b. Pengujian dengan blower

Pengujian dengan blower dilakukan dengan langkah – langkah sebagai berikut :

1. Pemeriksaan kondisi motor secara umum dan pemeriksaan sambungan selang bertekanan pada tabung bertekanan serta pengecekan pada kondisi blower. 2. Mengikat sepeda motor pada tiang tahanan

3. Memasukkan bahan bakar kedalam tabung bertekanan dan memastikan takanan pada tabung sebesar 2,9 bar dengan menggunakan regulator.

4. Memastikan angka pada timbangan sudah tepat pada angka 0 kg dan mengikatnya salah satu ujungnya pada roda belakang dan ujung yang lain pada tiang penahan.

5. Memposisikan gigi transmisi pada posisi gigi 3.

6. Menghubungkan HiDS dengan motor melalui conector pada bagian depan sepeda motor

7. Start mesin dengan starter.

8. Memilih jenis motor supra-X 125 pada HiDS untuk mengaktifkan program pada HiDS.

9. Mengatur putaran mesin pada putaran yang telah ditentukan dengan menggunakan tuas kecepatan dan memastikan putaran mesin tetap konstan dengan cara melihat putaran mesin pada alat HiDS HD-30.

10. Menghidupkan blower.

11. Merekam hasil pengujian pada timbangan dengan video camera.

12. Melepaskan kopling sehingga timbangan tertarik oleh roda belakang hingga mesin berhenti pada beban maksimal.

13. Mematikan blower dan mengulang 5 kali pengujian untuk setiap putaran

14. Memutar kembali rekaman video dan mencatat massa yang tercatat pada timbangan.

(62)

Gambar 3.20 Pengujian Performansi Mesin 3.8. Prosedur Pengujian Konsumsi Bahan Bakar Spesifik

Sebelum pengujian dilakukan, terlebih dahulu memasang alat yang akan digunakan, diantaranya :

1. Menghubungkan injector dengan perangkat tabung bertekanan dengan pipa besi melalui selang bertekanan tinggi sebagai conectornya.

2. Menghubungkan HiDS HD-30 dengan motor melalui conector pada bagian depan sepeda motor.

3. Memasukkan bahan bakar kedalam pipa besi dan menghilangkan gelembung udara dari pipa.

4. Memberikan tanda pada pipa.

Tanda ini digunakan sebagai titik acuan untuk memulai penghitungan waktu dengan stopwatch dan pengukuran konsumsi bahan bakar. Adapun Prosedur pengujian dilakukan dengan tahapan berikut :

a. Pengujian tanpa blower

Pengujian tanpa blower dilakukan dengan tahapan berikut:

1. Mengisi bahan bakar kedalam tabung bertekanan sebanyak ±10 ml

2. Memasukkan udara kedalam tabung dan mengatur tekanan udara dengan menggunakan regulator hingga tekanan dalam tabung ±2,9 bar.

3. Menghidupkan motor dengan starter.

(63)

5. Menentukan RPM motor yang ditampilkan oleh HiDS HD-30 dengan menggunakan alat pengatur bukaan gas.

6. Memulai stopwatch pada saat bahan bakar telah melalui tanda yang diberikan pada perangkat pipa besi.

7. Mematikan motor setelah 30 s.

8. Menghitung jumlah bahan bakar yang habis dengan menggunakan buret. 9. Mencatat hasil pengujian dan mengulanginya dengan variasi putaran

pengujian.

b. Pengujian dengan blower

Pengujian dengan blower dilakukan dengan tahapan berikut:

1. Mengisi bahan bakar kedalam tabung bertekanan sebanyak ±10ml

2. Memasukkan udara kedalam tabung dan mengatur tekanan udara dengan menggunakan regulator hingga tekanan dalam tabung ±2,9 bar.

3. Menghidupkan motor dengan starter.

4. Memilih program pada HiDS HD-30 untuk jenis kendaraan supra 125. 5. Menentukan RPM motor yang ditampilkan oleh HiDS HD-30 dengan

menggunakan alat pengatur bukaan gas. 6. Menghidupkan blower.

7. Memulai stopwatch pada saat bahan bakar telah melalui tanda yang diberikan pada perangkat pipa besi.

8. Mematikan motor setelah 30 s.

9. Menghitung jumlah bahan bakar yang habis dengan menggunakan buret atau tabung ukur.

10.Mencatat hasil pengujian dan mengulanginya dengan variasi putaran pengujian.

(64)

Gambar 3.21 Pengujian Konsumsi Bahan Bakar Spesifik 3.9. Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar

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

Gambar 3.22 Bom Kalorimeter. a. Peralatan yang digunakan meliputi :

1. Kalorimeter, sebagai tempat air pendingin dan tabung bom. 2. Tabung bom, sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang diuji. 3. Tabung gas oksigen.

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

(65)

6. Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin. 7. Spit, untuk menentukan jumlah volume bahan bakar.

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

9. Kawat penyala (busur nyala), untuk menyalakan bahan bakar yang diuji. 10.Cawan, untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom.

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

b. 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. 4. Meletakkan tutup bom yang telah dipasangi kawat penyala dan cawan

berisi bahan bakar pada tabungnya serta dikunci dengan ring 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.

(1)

Tanpa blower RPM jari-jari roda Daya blower Putaran Blower Torsi Blower Torsi pd roda Torsi Pd Mesin Daya pada Mesin

m W rpm Nm Nm Nm W

1000 0.216 0 0 0 18.103 1.687 176.715

2000 0.216 0 0 0 27.687 2.580 540.540

3000 0.216 0 0 0 35.141 3.274 1029.106

4000 0.216 0 0 0 42.808 3.989 1671.517

5000 0.216 0 0 0 47.068 4.386 2297.297

6000 0.216 0 0 0 53.031 4.941 3106.028

7000 0.216 0 0 0 57.504 5.358 3929.313

8000 0.216 0 0 0 56.013 5.219 4374.219

9000 0.216 0 0 0 54.309 5.060 4771.309

Dengan blower RPM jari-jari roda Daya blower Putaran Blower Torsi Blower Torsi pd roda Torsi Pd Mesin Daya pada Mesin

m W rpm Nm Nm Nm W

1000 0.216 650 15000 0.414 20.245 1.886 197.625 2000 0.216 650 15000 0.414 30.042 2.799 586.519 3000 0.216 650 15000 0.414 39.839 3.712 1166.681 4000 0.216 650 15000 0.414 45.802 4.268 1788.422 5000 0.216 650 15000 0.414 52.830 4.923 2578.563 6000 0.216 650 15000 0.414 58.368 5.439 3418.600 7000 0.216 650 15000 0.414 64.544 6.014 4410.404 8000 0.216 650 15000 0.414 63.905 5.955 4990.566 9000 0.216 650 15000 0.414 63.479 5.915 5576.964

(2)

Tanpa blower

rpm

Pemakaian BBM

massa BBM

Waktu

pengujian ṁf SFC

ml gr s Kg/jam gr/jam gr/kW.h

1000 2.1 1.4889 30 0.179 178.668 1011.051

2000 2.6 1.8434 30 0.221 221.208 409.235

3000 3.7 2.623 30 0.315 314.796 305.893

4000 4.9 3.474 30 0.417 416.892 249.409

5000 6.5 4.609 30 0.553 553.020 240.726

6000 8.1 5.743 30 0.689 689.148 221.874

7000 10 7.090 30 0.851 850.800 216.526

8000 11.5 8.154 30 0.978 978.420 223.679

9000 13 9.217 30 1.106 1106.040 231.811

Dengan blower

rpm

Pemakaian BBM

massa BBM

Waktu

pengujian ṁf SFC

ml gr s Kg/jam gr/jam gr/kW.h

1000 2 1.418 30 0.170 170.16 861.023

2000 2.4 1.702 30 0.204 204.192 348.142

3000 3.5 2.482 30 0.298 297.78 255.237

4000 4.7 3.332 30 0.400 399.876 223.591

5000 6.7 4.750 30 0.570 570.036 221.067

6000 8 5.672 30 0.681 680.64 199.099

7000 9.7 6.877 30 0.825 825.276 187.120

8000 11 7.799 30 0.936 935.8S8 187.530

(3)

Tanpa blower

rpm

Pi Ti ma ṁa

AFR

ρ

ɳ

kpa K Kg/cyl-cycle Kg/jam

1000 80 300 1.31E-04 3.917 21.92399 1.161 90.00% 2000 78 300 1.27E-04 3.819 17.26514 1.161 87.75% 3000 75 300 1.22E-04 3.672 11.66564 1.161 84.38% 4000 73 300 1.19E-04 3.574 8.57385 1.161 82.13% 5000 69 300 1.13E-04 3.379 6.10920 1.161 77.63% 6000 65 300 1.06E-04 3.183 4.61825 1.161 73.13% 7000 63 300 1.03E-04 3.085 3.62568 1.161 70.88% 8000 59 300 9.63E-05 2.889 2.95259 1.161 66.38% 9000 55 300 8.98E-05 2.693 2.43483 1.161 61.88%

Dengan blower

rpm

Pi Ti ma ṁa

AFR

ρ

ɳ

kpa K Kg/cyl-cycle Kg/jam

1000 100 353 1.39E-04 4.161 24.45488 0.987 112.50% 2000 98 353 1.36E-04 4.078 19.97148 0.987 110.25% 3000 95 353 1.32E-04 3.953 13.27550 0.987 106.88% 4000 93 353 1.29E-04 3.870 9.67789 0.987 104.63% 5000 92 353 1.28E-04 3.828 6.71597 0.987 103.50% 6000 90 353 1.25E-04 3.745 5.50235 0.987 101.25% 7000 87 353 1.21E-04 3.620 4.38675 0.987 97.88% 8000 86 353 1.19E-04 3.579 3.82385 0.987 96.75% 9000 84 353 1.17E-04 3.495 3.26065 0.987 94.50%

(4)

rasio Kompresi

Volume Ruang

Bakar

Volume

Sisa _porosrasio engkol

Rasio Gear 3

rasio roda

final rasio

m3 m3

9 1.25E-04 1.56E-05 3.35 1.15 2.786 10.732

Peningkatan Performansi keseluruhan setelah menggunakan blower Peningkatan Performansi keseluruhan setelah penggunaan Blower

torsi (%) 12,1

daya (%) 12,871

sfc (%) 13,992

BTE (%) 4.84

AFR (%) 1.322

ɳv (%) 26

(5)

(6)

Kajian Studi Pengaruh Penggunaan Blower Elektrik Terhadap Performansi Mesin Otto Efi Kapasitas 125 Cc Dengan Bakar Campuran Premium Dan Etanol