Uji Performansi Mesin Otto Satu Silinder Dengan Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus

(1)

UJI PERFORMANSI MESIN OTTO SATU SILINDER

DENGAN BAHAN BAKAR PREMIUM DAN

PERTAMAX PLUS

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

RIO ARINEDO SEMBIRING

NIM. 080401033

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nya lah penulis akhirnya dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul “UJI PERFORMANSI MESIN OTTO SATU SILINDER DENGAN BAHAN BAKAR PREMIUM DAN PERTAMAX PLUS”.

Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub Bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa dan bantuan baik materiil, moril, maupun semangat dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang harus tahu berterima kasih, degan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. Eng Himsar Ambarita, ST, MT selaku dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.

2. Bapak Ir. M. Syahril Gultom MT dan Tulus B. Sitorus, ST, MT selaku dosen pembanding I dan II yang telah memberikan masukan dan saran dalam menyelesaikan skripsi ini.

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

4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom MT. Selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

5. Kedua orang tua penulis, P. Sembiring dan L. Gurusinga yang tidak pernah purus-putusnya memberikan dukungan, doa serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis.

6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.

7. Kakak penulis Y.F. Sembiring yang selalu membantu demi mencapai cita-cita.

(12)

8. Rekan-rekan satu tim kerja, Hotlan Nababan, Robertus Simanungkalit, dan Sepvinolist Tulus Pardede yang telah bersama-sama untuk menyelesaikan skripsi ini.

9. Teman-teman seperjuangan dari Tim HORAS seperti Munawir R. Siregar, Nehemia Sembiring, Sepvinolist T. Pardede, Fernando B. Siagian, Irham Fadillah, Ekawira Napitupulu, Hotlan Nababan, Ary Fadila, Sony A. Sembiring, Robertus Simanungkalit, Zulfadhli, Ramadhan, dan Putra Setiawan,

10. Rekan-rekan mahasiswa 2008 yang tidak mungkin disebutkan satu-persatu, para abang senior dan adik-adik junior semua yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan kekeliruan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih.

Medan, 15 Februari 2013

(13)

ABSTRAK

Pengujian secara langsung adalah cara paling efektif untuk mengetahui performa sebuah mesin, dalam hal ini mesin otto empat langkah berkapasitas 109,1 cc diuji menggunakan hidrolik dinamometer dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus. Untuk kecepatan dan beban yang sama maka bahan bakar premium lebih effisien, dimana effisiensi termalnya dapat mencapai 37,27% dengan ketidakpastian ±1,92% ,sedangkan emisi gas buang pertamax plus menghasilkan emisi yang lebih tinggi, untuk emisi karbon monoksida (CO) meningkat 13,51%, emisi karbon dioksida (CO2) meningkat 13,73% dan oksigen (O2)meningkat sebesar 0,68%.

(14)

ABSTRACT

Direct testing is the most effective way to determine the performance of a engine, in this case otto engine capacity of 109.1 cc four stroke hydraulic dynamometer tested using a variety of premium fuel and pertamax plus. For the same speed and load the premium fuel more efficiently, which can achieve a thermal efficiency of 37.27% with ±1,92% uncertainty while the exhaust emissions pertamax plus produce higher emissions, for emissions of carbon monoxide (CO) increased 13.51%, carbon dioxide emissions (CO2) increased 13.73% and oxygen (O2) increased by 0.68%.

(15)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

ABSTRACT ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... ix

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR NOTASI ... xvi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Penelitian ... 1

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Manfaat Penelitian ... 2

1.5 Sistematika Penulisan ... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4

2.1. Motor Bakar ... 4

2.1.1. Mesin Diesel. ... 5

2.1.2.Mesin Otto ... 8

2.1.2.1.Mesin Otto 2 Langkah ... 10

2.1.2.2.Mesin Otto 4 Langkah ... 12

2.1.3. Mesin Wankel ... 16

2.2. Dinamometer ... 18

2.3. Performansi Motor Bakar ... 18

2.3.1 Torsi dan Daya ... 18

2.3.2. Perbandingan Udara Bahan Bakar (AFR) ... 20

2.3.3. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 21

2.3.4. Effisiensi Mesin ... 21

(16)

2.4. Lomba Kendaraan Hemat Energi ... 24

BAB III METODOLOGI PENGUJIAN ... 26

3.1. Waktu dan Tempat ... 26

3.2. Bahan Pengujian ... 26

3.3. Alat Pengujian ... 27

3.4. Prosedur Pengujian ... 35

3.5. Bagan Alir Pengerjaan ... 37

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 38

4.1. Pengujian Performansi. ... 38

4.1.1 Torsi ... 38

4.1.2 Daya ... 40

4.1.3 Perbandingan Udara dengan Bahan Bakar (AFR). ... 43

4.1.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC). ... 46

4.1.5. Effisiensi Termal. ... 48

4.2. Pengujian Emisi Gas Buang. ... 51

4.2.1 Kadar Karbon Monoksida (CO) dalam Gas Buang.. ... 51

4.2.2 Kadar Karbon Dioksida (CO2 4.2.3 Kadar Oksigen (O ) dalam Gas Buang.. ... 54

2) dalam Gas Buang.. ... 57

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 60

5.1. Kesimpulan ... 60

5.2. Saran ... 61

DAFTAR PUSTAKA ... 62

(17)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Standar Stoikometeri Beberapa Bahan Bakar ... 34

Tabel 3.2. Format Pengujian Kecepatan Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium dan Pertamax Plus ... 35

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Torsi Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium dan Pertamax Plus. ... 38

Tabel 4.2. Perbandingan Persen Galat Torsi Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. ... 39

Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Daya Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium dan Pertamax Plus. ... 41

Tabel 4.4. Perbandingan Persen Galat Daya Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. ... 42

Tabel 4.5. Hasil Pengujian AFR Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium dan Pertamax Plus. ... 43

Tabel 4.6. Perbandingan Persen Galat AFR Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. ... 44

Tabel 4.7. Hasil Perhitungan SFC Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium dan Pertamax Plus. ... 46

Tabel 4.8. Perbandingan Persen Galat SFC Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus ... 47

Tabel 4.9. Hasil Perhitungan Effisiensi Termal Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium dan Pertamax Plus. ... 49

Tabel 4.10. Perbandingan Persen Galat Effisiensi Termal Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium dan Pertamax Plus... 50

(18)

Tabel 4.11. Hasil Pengujian Kadar Karbon Monoksida (CO) Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. ... 52

Tabel 4.12. Perbandingan Persen Kadar Karbon Monoksida (CO) Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus ... 53

Tabel 4.13. Hasil Pengujian Kadar Karbon Dioksida (CO2

Tabel 4.14. Perbandingan Persen Galat Kadar Karbon Dioksida (CO

) Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. ... 54

Tabel 4.15. Hasil Pengujian Kadar Oksigen (O

) Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus ... 55

Tabel 4.16. Perbandingan Persen Galat Kadar Oksigen (O

) Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. ... 57

2) Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus ... 58

(19)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Diagram P-v Mesin Diesel Aktual dan Ideal ... 5

Gambar 2.2. Diagram T-s Mesin Diesel ... 6

Gambar 2.3. Langkah Kerja Mesin Diesel ... 7

Gambar 2.4. Diagram P-v Mesin Otto Aktual dan Ideal ... 8

Gambar 2.5. Diagram T-S Mesin Otto ... 9

Gambar 2.6. Mesin Otto 2 Langkah ... 10

Gambar 2.7. Langkah Kerja Mesin Otto 2 Langkah ... 11

Gambar 2.8. Mesin Otto 4 Langkah ... 12

Gambar 2.9. Langkah Hisap Mesin Otto 4 Langkah ... 13

Gambar 2.10. Langkah Kompresi Mesin Otto 4 Langkah ... 13

Gambar 2.11. Langkah Usaha Mesin Otto 4 Langkah ... 14

Gambar 2.12. Langkah Buang Mesin Otto 4 Langkah ... 14

Gambar 2.13. Mesin Wankel ... 17

Gambar 2.14. Water Brake Dynamometer Operation Theory ... 18

Gambar 2.15. Daya dan Torsi Sebagai Fungsi Putaran ... 19

Gambar 3.1. Mesin “MESIN USU” ... 26

Gambar 3.2. Bahan Bakar Premium ... 27

Gambar 3.3. Bahan Bakar Pertamax Plus ... 28

Gambar 3.4. Speedometer ... 29

(20)

Gambar 3.6. Water Brake Dynamometer ... 30

Gambar 3.7. Timbangan Digital ... 31

Gambar 3.8. Timbangan Analog ... 31

Gambar 3.9. Alat Uji Emisi Gas Buang Kendaraan ... 32

Gambar 3.10. AFR Meter ... 33

Gambar 3.11. Toolbox ... 35

Gambar 3.12. Bagan Alir Prosedur Pengerjaan.... ... 37

Gambar 4.1. Grafik Torsi vs Putaran Mesin ... 40

Gambar 4.3. Grafik Daya vs Putaran Mesin ... 42

Gambar 4.5. Grafik AFR vs Putaran Mesin ... 45

Gambar 4.7. Grafik SFC vs Putaran Mesin ... 48

Gambar 4.9. Effisiensi Termal vs Putaran Mesin ... 50

Gambar 4.11. Grafik Kadar CO vs Putaran Mesin ... 53

Gambar 4.13. Grafik Kadar CO2 Gambar 4.15. Grafik Kadar O vs Putaran Mesin ... 56

(21)

DAFTAR NOTASI

Notasi, symbol dan singkatan yang digunakan dalam laporan ini adalah sebagai berikut :

Nc Jumlah silinder

N Putaran mesin rpm

rc Rasio kompresi

τ Torsi Nm

�̇ Daya poros kW

P Tekanan kPa

T Temperatur K

R Konstanta udara kJ/kg.K

AFR Perbandingan udara dengan bahan bakar

QHV Nilai kalor bahan bakar kJ/kg

Vd Volume langkah m

Volume sisa m

Massa udara kg/siklus

mf Massa bahan bakar kg/siklus

�̇� Laju aliran bahan bakar ke ruang bakar kg/sec �̇� Laju aliran udara ke mesin kg/sec

ηt Effisiensi termal %

sfc Spesific fuel consumption gr/kWh

ηc Effisiensi pembakaran

(22)

ABSTRAK

(23)

ABSTRACT

(24)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Motor bakar adalah mesin atau pesawat tenaga yang merupakan mesin kalor dengan menggunakan energi panas untuk melakukan kerja mekanik dengan merubah energi kimia dari bahan bakar menjadi energi panas (thermal) sehingga menghasilkan energi mekanik. Cara memperoleh energi thermal tersebut dari hasil proses pembakaran bahan bakar di dalam mesin itu sendiri.

Bahan bakar memegang peranan penting dalam motor bakar, nilai kalor yang terkandung didalamnya adalah nilai yang menyatakan jumlah energi panas maksimum yang dibebaskan oleh suatu bahan bakar melalui reaksi pembakaran sempurna persatuan massa atau volume bahan bakar tersebut.

Dewasa ini banyak sekali masalah yang timbul diakibatkan oleh cadangan bahan bakar minyak yang terbatas dan harganya yang semakin melambung, oleh karena itu belakangan ini juga sangat marak dilakukan riset dan penelitian dan kegiatan – kegiatan yang berhubungan dengan penghematan bahan bakar. Salah satu kegiatan yang mengundang banyak orang untuk melakukan penghematan adalah Shell Eco-marathon, dimana kegiatan ini merupakan reguler tahunan yang menantang tim mahasiswa dari seluruh dunia untuk merancang dan membangun kendaraan yang paling hemat energi untuk bersaing dengan kendaraan tim lain, dimana pemenangnya adalah kendaraan yang dapat bergerak dengan jarak terjauh dengan menggunakan bahan bakar atau energi paling sedikit.

Penggunaan bahan bakar juga sangat variatif, pada kesempatan ini dalam perancangannya mesin “MESIN USU” memilih untuk menggunakan bahan bakar

gasoline. Karena penggunaan bahan bakar gasoline yang umum di indonesia adalah premium yang bernilai RON 88 sedangkan pada kompetisi Shell Eco-marathon Asia adalah RON 95 dan di Indonesia lebih dikenal dengan nama pertamax plus. Dengan demikian perlu diadakannya pengujian performansi untuk membandingkan hasil dari kedua bahan bakar tersebut.

(25)

1.2 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut:

1. Membandingkan performansi dari mesin “MESIN USU” dengan menggunakan bahan bakar premium dan pertamax plus.

2. Mengetahui emisi gas buang yang dihasilkan dari bahan bakar premium dan pertamax plus.

1.3 Batasan Masalah

Untuk memberikan gambaran yang lebih jelas mengenai masalah yang dikaji dalam penulisan skripsi, maka perlu kiranya diberikan batasan masalah sebagai berikut :

1. Mesin yang digunakan adalah mesin sepeda motor Revo 109,1 cc dengan kondisi standar.

2. Menggunakan bahan bakar premium dan pertamax plus.

3. Batasan-batasan (asumsi) yang lain ditentukan pada saat pengujian.

1.4 Manfaat

Adapun manfaat dari skripsi ini adalah :

1. Dapat mengetahui perbandingan performansi dari mesin “MESIN USU” dengan menggunakan bahan bakar premium dan pertamax plus. 2. Dapat menjadi referensi untuk perbaikan-perbaikan mesin “MESIN

USU” berikutnya.

1.1. Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan pada tugas akhir ini adalah :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini menjelaskan pendahuluan tentang studi kasus dan pemecahan masalah yang berisi antara lain : latar belakang, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.

(26)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan sebagai landasan dalam memecahkan masalah dan menganalisis permasalahan tersebut meliputi penjelasan mengenai jenis-jenis motor bakar, performansi motor bakar dan lomba kendaran hemat energi.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisi kerangka pemikiran dan langkah yang dilakukan untuk mengidentifikasi permasalahan, beserta variabel-variabel yang akan diukur dan perlengkapan pengujian tersebut meliputi waktu dan tempat penelitian, peralatan pengujian, bahan pengujian dan prosedur pengujian.

BAB IV DATA DAN ANALISIS DATA

Bab ini berisi analisis dari data hasil pengujian dan permasalahan yang terjadi pada perhitungan teoritis performansi motor bakar.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari analisa yang dilakukan terhadap permasalahan dan saran mengenai penyempurnaan hasil penelitian untuk generasi berikutnya.

(27)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Motor Bakar

Motor bakar adalah mesin atau pesawat tenaga yang merupakan mesin kalor dengan menggunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik dengan merubah energi kimia dari bahan bakar menjadi energi panas (thermal) sehingga menghasilkan energi mekanik. Cara memperoleh energi termal tersebut dari hasil proses pembakaran bahan bakar di dalam mesin itu sendiri, maka dapat dibagi menjadi 2 bagian dengan kelebihan masing-masing, yaitu:

1. Mesin Pembakaran Luar (External Combustion Engine) Contohnya :

a. Steam engine (mesin uap torak), panas pembakaran di dalam ruang bakar akan memanasi air yang kemudian menjadi uap sehingga uap tersebut akan menggerakkan torak.

b. Turbin gas dan turbin uap

Kelebihannya:

1. Dapat digunakan bahan bakar berkualitas rendah baik bahan bakar padat, cair maupun gas.

2. Kapasitas besar, seperti : pusat pembangkit tenaga listrik, pusat pembangkit tenaga uap, dalam hal ini untuk penggerak turbin dan proses produksi.

3. Pada umumnya tidak terdapat bagian yang bergerak translasi bolak-balik sehingga getaran yang terjadi kecil.

2. Mesin Pembakaran Dalam (Internal Combustion Engine) Contohnya :

a. Motor bakar torak : mesin otto dengan penyalaan loncatan bunga api, mesin diesel dengan penyalaan kompresi, mesin wankel dengan gerak torak berputar (rotary).

Kelebihannya:

1. Sederhana/simple 2. Bahan bakar lebih irit.

(28)

3. Investasi awal lebih kecil.

4. Cocok untuk tenaga penggerak pada kendaraan.

2.1.1. Mesin Diesel

Mesin diesel adalah sej sebua

Cara kerja mesin diesel ini adalah udara masuk ke dalam mesin diesel dan dikompresi oleh Atas (TMA) atau BTDC (Before Top Dead Center), bahan bakar diijeksikan ke dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Hasil pencampuran ini menyala dan membakar dengan cepat, ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang pembakaran mengembang dengan cepat, mendorong piston ke bawah dan menghasilkan tenaga linear. Siklus diesel (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan dengan pemasukan panas pada tekanan konstan.

Gambar 2.1 Diagram P-v mesin diesel aktual dan ideal

Keterangan Gambar : P = Tekanan (atm) V = Volume Spesifik (m3

q

/kg) in

q

= Kalor yang masuk (kJ) out = Kalor yang dibuang (kJ)

(29)

Gambar 2.2 Diagram T-S Mesin Diesel

Keterangan Gambar : T = Temperatur (K) S = Entropi (kJ/kg.K)

qin

q

= Kalor yang masuk (kJ)

out = Kalor yang dibuang (kJ)

Keterangan siklus : 1-2 Kompresi Isentropik

2-3 Pemasukan Kalor pada Tekanan Konstan 3-4 Ekspansi Isentropik

4-1 Pengeluaran Kalor pada Tekanan Konstan

Mesin diesel dikategorikan dalam motor bakar torak dan mesin pembakaran dalam (internal combustion engine). Prinsip kerja mesin diesel adalah merubah energi kimia yang terdapat dalam bahan bakar menjadi energi mekanis. Energi kimia ini di dapatkan melalui proses reaksi kimia (pembakaran) dari bahan bakar (solar) dan oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang bakar). Pembakaran pada mesin diesel dimulai dari kompresi udara dalam ruang bakar yang sangat tinggi diikuti oleh penginjeksian bahan bakar bertekanan tinggi kedalam ruang bakar sewaktu temperatur udara mencapai temperatur nyala untuk bahan bakar tersebut.

(30)

Gambar 2.3 Langkah kerja mesin diesel [12]

Proses kerja motor diesel terdiri dari 4 langkah sebagai berikut :

a). Langkah Hisap

Piston bergerak dari TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati bawah), katup masuk terbuka. Udara murni terhisap masuk ke dalam selinder akibat terjadinya kevakuman dalam ruang silinder karena terjadi pembesaran volume ruang di atas torak (gerak dari TMA ke TMB).

b). Langkah Kompresi

Poros engkol terus berputar, piston bergerak dari TMB ke TMA, kedua katup tertutup. Udara murni yang terhisap tadi terkompresi dalam ruang bakar. Karena terkompresi suhu dan tekanan udara tersebut naik hingga mencapai 35 atm dengan temperatur 500⁰ - 800⁰ (pada perbandingan kompresi 20 : 1).

c). Langkah Usaha

Poros engkol masih terus berputar, beberapa derajat sebelum torak mencapai TMA di akhir langkah kompresi, bahan bahar diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Karena suhu udara kompresi yang tinggi terjadilah pembakaran yang menghasilkan tekanan eksplosif yang mendorong piston bergerak dari TMA ke TMB. Kedua katup masih dalam keadaan tertutup. Gaya dorong ke bawah diteruskan oleh batang piston ke poros engkol untuk dirubah menjadi gerak rotasi.

(31)

Langkah usaha ini berhenti ketika katup buang mulai membuka beberapa derajat sebelum torak mencapai TMB.

d). Langkah Buang

Poros engkol masih terus berputar, piston bergerak dari TMB ke TMA, katup buang terbuka. Gas sisa hasil pembekaran terdorong keluar dari ruang bakar (ruang silinder di atas torak) menuju udara luar melalui katup buang yang terbuka. Karena gas sisa tersebut masih bertekanan tinggi.

2.1.2. Mesin Otto

Mesin otto adalah sebuah tipe

Mesin otto berbeda dengan

yang menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran, dirancang untuk menggunakan bahan bakar gasoline atau yang sejenis.

dalam metode pencampuran

bahan bakar dengan udara, dan mesin otto selalu menggunakan penyalaan busi untuk proses pembakaran. Pada mesin diesel, hanya udara yang dikompresikan dalam ruang bakar dan dengan sendirinya udara tersebut terpanaskan, bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang bakar di akhir langkah kompresi untuk bercampur dengan udara yang sangat panas, pada saat kombinasi antara jumlah udara, jumlah bahan bakar, dan temperatur dalam kondisi tepat maka campuran udara dan bakar tersebut akan terbakar dengan sendirinya. Siklus otto (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan dengan pemasukan panas pada volume konstan.

(32)

Keterangan Gambar : P = Tekanan (atm) V = Volume Spesifik (m3

q

/kg)

q

= Kalor yang masuk (kJ)

out = Kalor yang dibuang (kJ)

Gambar 2.5 Diagram T-S mesin otto

Keterangan Gambar : T = Temperatur (K) S = Entropi (kJ/kg.K)

qin

q

= Kalor yang masuk (kJ)

out = Kalor yang dibuang (kJ)

Keterangan siklus : 1-2 Kompresi Isentropik

2-3 Pemasukan Kalor pada Volume Konstan 3-4 Ekspansi Isentropik

4-1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan

Pada mesin otto, pada umumnya udara dan bahan bakar dicampur sebelum masuk ke ruang bakar, sebagian kecil mesin otto modern mengaplikasikan injeksi

(33)

bahan bakar langsung ke silinder ruang bakar termasuk mesin otto 2 langkah untuk mendapatkan emisi gas buang yang ramah lingkungan. Pencampuran udara dan bahan bakar dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi, keduanya mengalami perkembangan dari sistem manual sampai dengan penambahan sensor-sensor elektronik. Sistem Injeksi Bahan bakar di motor otto terjadi diluar silinder, tujuannya untuk mencampur udara dengan bahan bakar seproporsional mungkin, hal ini disebut EFI.

2.1.2.1. Mesin Otto 2 Langkah

Mesin otto 2 langkah belakangan ini penggunaannya sudah sangat sedikit dikarenakan emisi gas buang yang relatif lebih besar dibandingkan dengan mesin otto 4 langkah. Cara kerja pada mesin otto 2 langkah sangat simpel, hakekatnya mesin motor 2 langkah pada sebuah ruang pembakarannya terjadi dua kali langkah piston. Langkah buang dan langkah isap terjadi pada saat torak berada disekitar TMB. Lubang isap dan lubang buang pada dinding silinder dibuka dan ditutup oleh torak itu sendiri, berikut dijelaskan 2 istilah dalam mesin otto 2 langkah.

-Titik Mati Atas (TMA) atau dengan kata lain Upstroke, -Titik Mati Bawah (TMB) atau dengan kata lain Downstroke.

Dibawah ini dijelaskan mengenai detail dari gambar mesin otto 2 langkah, dimana mesin otto 2 langkah ini tidak memiliki klep seperti pada mesin-mesin yang lainnya.

Gambar 2.6 Mesin Otto 2 langkah [10]

(34)

Berikut ini dijelaskan langkah kerja mesin otto 2 langkah, disini gas buang didesak keluar dari dalam silinder melalui lubang buang oleh udara dan campuran bahan bakar dan udara yang dimasukkan dalam silinder. Sudah barang tentu sebagian udara atau campuran bahan bakar dan udara segar ikut keluar dari dalam silinder bersama-sama dengan gas buang

Gambar 2.7 Langkah kerja mesin Otto 2 langkah [11]

1. Langkah Pertama TMA ke TMB

Piston bergerak dari TMA ke TMB maka terjadilah penekanan pada ruang bilas yang berada diruang piston, pada lubang linier terdapat lubang dari inlangkahe dan exhaust. Pada saat piston bergerak melewati lubang exhaust, gas yang ada pada ruang bakar akan keluar melewati lubang exhaust. Sedangkan saat piston melewati lubang inlangkahe maka gas yang berada di ruang bilas yang ikut terpompa oleh piston akan masuk kedalam ruang bakar, dan saat ini sedang terus berlanjut gas dari sisa pembakaran akan terdorong keluar melalui exhaust.

2. Langkah Kedua dari TMB ke TMA

Pada saat piston bergerak dari TMB ke TMA akan melakukan penghisapan campuran bahan bakar, udara, dan oli samping. Setelah piston melewati lubang intake dan lubang exhaust, maka piston akan melakukan sistem kompresi yang terjadilah tekanan pada ruang bakar. Piston akan terus menekan hingga tepat di posisi TMA, sedangkan campuran bahan bakar dan udara yang

(35)

sudah dapat tekanan dari piston akan terbakar oleh api yang dihasilkan oleh sebuah busi, setelah itu terjadi pada uang bakar maka akan diteruskan ke langkah tenaga, dan tenaga disalurkan ke bagian transmisi, itu terjadi selama mesin motor hidup.

2.1.2.2. Mesin Otto 4 Langkah

Mesin Otto empat langkah adalah mesin pembakaran dalam yang dalam satu siklus pembakaran terjadi empat langkah piston. Empat langkah tersebut meliputi, langkah hisap (pemasukan), kompresi, tenaga dan langkah buang yang secara keseluruhan memerlukan dua putaran poros engkol (crankshaft) per satu siklus pada mesin otto.

Gambar 2.8 Mesin Otto 4 langkah

Prinsip kerja motor otto empat langkah adalah sebagai berikut :

Dalam langkah ini, campuran bahan bakar dan udara di hisap ke dalam ruang bakar, Katup hisap membuka sedangkan katup buang tertutup. Waktu torak bergerak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB), menyebabkan ruang silinder menjadi vakum dan menyebabkan masuknya campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder yang disebabkan adanya tekanan udara luar.

(36)

Gambar 2.9 Langkah hisap mesin otto 4 langkah [7]

Dalam langkah ini, campuran udara dan bahan bakar dikompresikan. Katup hisap dan katup buang tertutup. Waktu torak naik dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA), campuran yang dihisap tadi dikompresikan. Akibatnya tekanan dan temperaturnya akan naik, sehingga akan mudah terbakar. Saat inilah percikan api dari busi terjadi. Poros engkol berputar satu kali ketika torak mencapai titk mati atas (TMA).

Langkah Kompresi

Gambar 2.10 Langkah kompresi mesin Otto 4 langkah [7]

Dalam langkah ini, mesin menghasilkan tenaga dimana gerak translasi piston diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol dan selanjutnya akan menggerakkan kendaraan. Saat torak mencapai titik mati atas (TMA) pada saat langkah kompresi, busi memberikan loncatan bunga api pada campuran udara dan bahan bakar yang telah dikompresikan. Dengan adanya pembakaran, kekuatan dari tekanan gas pembakaran yang tinggi mendorong torak ke bawah. Usaha ini yang menjadi tenaga mesin.

(37)

Gambar 2.11 Langkah usaha mesin Otto 4 langkah [7]

Dalam langkah ini, gas yang sudah terbakar, akan dibuang ke luar silinder. Katup buang membuka sedangkan katup hisap tertutup.Waktu torak bergerak dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA), mendorong gas bekas keluar dari silinder. Pada saat akhir langkah buang dan awal langkah hisap kedua katup akan membuka sedikit (valve overlap) yang berfungsi sebagai langkah pembilasan (campuran udara dan bahan bakar baru mendorong gas sisa hasil pembakaran). Ketika torak mencapai TMA, akan mulai bergerak lagi untuk persiapan langkah berikutnya, yaitu langkah hisap. Poros engkol telah melakukan 2 putaran penuh dalam satu siklus yang terdiri dari empat langkah yaitu, 1 langkah hisap, 1 langkah kompresi, 1 langkah usaha, 1 langkah buang yang merupakan dasar kerja dari pada mesin empat langkah.

Langkah Buang

Gambar 2.12 Langkah buang mesin Otto 4 langkah [7]

Proses Kerja adalah keseluruhan langkah yang berurutan untuk terjadinya satu siklus kerja dari motor. Proses kerja ini terjadi berurutan dan berulang-ulang.

(38)

Piston motor bergerak bolak balik dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB) dan dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA) pada langkah selanjutnya.

Pada motor empat langkah, proses kerja motor diselesaikan dalam empat langkah piston.

- Langkah pertama yaitu piston bergerak dari TMA ke TMB, disebut langkah pengisian.

- Langkah kedua yaitu piston bergerak dari TMB ke TMA disebut langkah kompresi.

- Langkah ketiga piston bergerak dari TMA ke TMB disebut langkah usaha. Pada langkah usaha ini terjadilah proses pembakaran bahan bakar (campuran udara dan bahan bakar) di dalam silinder motor/ruang pembakaran yang menghasilkan tenaga yang mendorong piston dari TMA ke TMB.

- Langkah keempat yaitu piston bergerak dari TMB ke TMA disebut langkah pembuangan. Gas hasil pembakaran didorong oleh piston keluar silinder motor. Jadi pada motor empat langkah proses kerja motor untuk menghasilkan satu langkah usaha (yang menghasilkan tenaga) diperlukan empat langkah piston.

Empat langkah piston berarti sama dengan dua kali putaran poros engkol. Pada motor dua langkah proses kerja motornya untuk mendapatkan satu kali langkah usaha hanya diperlukan dua kali langkah piston. Motor dua langkah yang paling sederhana, pintu masuk atau lubang masuk dan lubang buang terlelangkah berhadap-hadapan yaitu berada pada sisi bawah pada dinding silinder motor.

Proses kerjanya adalah sebagai berikut.:

- Piston berada TMB, kedua lubang (masuk dan buang) sama sama terbuka kemudian campuran udara dan bahan bakar dimasukkan kedalam silinder melalui lubang masuk.

(39)

- Gerakan piston dari TMB ke TMA, maka lubang masuk akan tertutup dan tertutup pula lubang buang, maka terjadilah langkah kompresi. Pada akhir langkah kompresi ini terjadilah pembakaran gas bahan bakar. Dengan terjadinya pembakaran gas bahan bakar maka dihasilkan tenaga pembakaran yang mendorong piston ke bawah dari TMA ke TMB.

- Langkah usaha terakhir terjadilah pembuangan gas bekas begitu terbuka lubang buang. Sesudah itu terbuka pula lubang masuk sehingga terjadi pemasukkan gas baru sekaligus mendorong mendorong gas bekas keluar melalui lubang buang.

Dengan demikian pada motor dua langkah proses motor untuk menghasilkan satu kali langkah usaha/pembakaran gas dalam silinder, hanya diperlukan dua langkah piston. Dilihat dari putaran poros engkolnya diperlukan satu kali putaran poros engkol.

2.1.3. Mesin Wankel

Mesin wankel yang juga disebut dengan mesin rotari adalah mesin pembakaran dalam yang digerakan oleh tekanan yang dihasilkan dari pembakaran dan diubah menjadi gerakan berputar pada rotor yang selanjutnya akan menggerakan poros.

Mesin ini ditemukan oleh insinyur Jerman Felix Wankel. Ia mendapatkan paten untuk mesin tersebut tahun 1929. Pada tahun 1950, ia memulai penelitiannya di NSU Motorwenke AG dan tahun 1957 ia membuat prototipenya. NSU kemudian melisensikan konsepnya kepada beberapa manufaktur di seluruh dunia untuk diperbaiki konsepnya.

Mesin wankel sering dipakai untuk berbagai kendaraan dan peralatan seperti mobil, sepeda motor, pesawat terbang, go-kart, speed boat, snowmobile, pembangkit listrik, mesin pabrik industri dan lain-lain, namun belakangan ini penggunaan mesin ini semakin jarang diakibatkan emisi gas buang yang relatif lebih tinggi dari mesin-mesin lainnya dan borosnya pemakain bahan bakar.

(40)

Gambar 2.13 Mesin Wankel [8]

Prinsip kerja dari mesin wankel sama saja dengan mesin 4-langkah konvensional. Pertama-tama, campuran bahan bakar dan udara masuk ke dalam ruang silinder karena hisapan dari perputaran rotor. Lalu, campuran bahan bakar dan udara dibawa ke sisi yang lain dan termampatkan oleh pergerakan rotor. Langkah selanjutnya, busi menyemburkan api yang membakar campuran bahan bakar dan menyebabkan peningkatan tekanan gas serta meningkatkan perputaran rotor dan sumbu eksentrik. Kemudian, saat rotor bergerak ke sisi yang lain untuk memulai siklus yang baru, sisa pembakaran keluar melalui saluran gas buang.

Perbedaan mesin Wankel dengan mesin 4-langkah konvensional adalah mesin Wankel tidak perlu mengubah energi gerak piston yang naik turun menjadi energi putar sehingga lebih efisien.

Keunggulan yang dimiliki mesin wankel antara lain bobotnya yang ringan dan desainnya yang simpel karena menggunakan suku cadang yang lebih sedikit dibandingkan dengan mesin 4-langkah konvensional. Tenaga yang dihasilkan mesin ini juga lebih besar dibanding dengan mesin konvensional dengan kapasitas yang lebih besar.

Kekurangan dari mesin ini adalah boros bahan bakar. Emisi yang dihasilkan mesin ini juga cukup tinggi dan boros oli. Hal ini menyebabkan biaya perawatan untuk mesin Wankel sangat besar dan sering kali mesin wankel hanya dipakai untuk keperluan balapan.

(41)

2.2.Dinamometer

Dinamometer digunakan untuk mengukur torsi pada keseluruhan operasi mesin, dinamometer yang digunakan adalah tipe water brake dynamometer

dimana memanfaatkan aliran air secara proporsional dengan beban yang diterapkan untuk menciptakan resistensi terhadap motor.

Gambar 2.14 Water brake dynamometer operation theory[13]

Sebuah aliran dikontrol air melalui saluran masuk diarahkan pada pusat rotor di setiap penyerapan bagian dalam. Air ini kemudian diarahkan menuju bagian luar tubuh dinamometer oleh gaya sentrifugal. Seperti yang diarahkan keluar, air dipercepat ke dalam kantong di piring stator stasioner , percepatan terus menerus / deselerasi air menciptakan beban pada motor.

2.3. Performansi Motor Bakar

Bagian ini membahas tentang performansi mesin pembakaran dalam. Parameter mekanik yang termasuk dalam subbab ini adalah torsi, daya, perbandingan udara bahan bakar, konsumsi bahan bakar spesifik dan effisiensi dari pembakaran di dalam mesin.

2.3.1. Torsi dan Daya

Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan dinamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena sifat

(42)

dinamometer yang bertindak seolah-olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering juga disebut dengan brake power. Torsi didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada jarak momen dan memiliki satuan N-m atau lbf-ft.

Daya didefinisikan sebagai usaha dari mesin per satuan waktu.

�̇ = 2��

60000...(2.1) Dimana :

�̇= Daya poros (kW) =

N Putaran mesin (rpm) =

τ Torsi (Nm)

(43)

Baik torsi dan daya adalah fungsi dari putaran mesin. Pada putaran rendah, torsi meningkat dengan meningkatnya putaran mesin. Putaran mesin meningkat lebih lanjut, torsi mencapai maksimum dan kemudian menurun seperti yang ditunjukkan pada gambar diatas. Torsi menurun karena mesin tidak dapat udara yang optimal pada kecepatan yang lebih tinggi. Ditunjukkan daya meningkat seiring putaran meningkat kemudian menjadi maksimal dan kemudian menurun pada putaran mesin yang lebih tinggi. Hal ini dikarenakan kerugian gesekan meningkat dan menjadi faktor dominan pada kecepatan yang sangat tinggi. Untuk mobil bensin, daya maksimum terjadi pada kisaran 6000 hingga 7000 RPM, sekitar satu setengah kali torsi maksimum.

2.3.2. Perbandingan Udara Bahan Bakar (AFR)

Air-Fuel Ratio adalah parameter yang digunakan untuk mendeskripsikan rasio campuran udara dengan bahan bakar:

��=�� =

��̇

��̇ ...(2.2)

��̇ =��₆₀��_._�� ...(2.3)

�� = _��...(2.4)

�� = ��

( ��+��)

��_� ...(2.5)

��= ��_�+�_� �...(2.6)

Dimana :

�� = Massa udara (kg/siklus)

��̇ = Laju aliran udara ke mesin (kg/sec) �� = Massa bahan bakar (kg/siklus)

(44)

�� = Jumlah silinder � = Putaran mesin (rpm)

� = 2 (rev/sec) untuk 4 langkah dan 1 (rev/sec) untuk 2 langkah ��= Tekanan udara masuk silinder (85-90 kPa)

�� = Volume langkah (m3 �� = Volume sisa (m

) 3

� = Konstanta gas ideal (0,287 kJ/kg.K) )

�� = Temperatur udara masuk silinder (333 K)

�� = 8 – 11 untuk mesin pengapian busi (Spark Ignition Engine) modern = 12 – 24 untuk mesin pengapian kompresi (Compression Ignition Engine)

2.3.3. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)

Konsumsi bahan bakar spesifik didefinisikan dengan :

�� =�_�̇ /�̇ ...(2.7)

Dimana:

�� = Konsumsi bahan bakar spesifik / Specific Fuel Consumption (gr/kWh) ��̇ = Laju aliran bahan bakar ke mesin (kg/sec)

�̇= Daya poros (kW)

2.3.4. Efisiensi Mesin

Waktu yang diperlukan untuk proses pembakaran suatu siklus mesin sangatlah singkat dan pada umumnya tidak semua bahan bakar habis terbakar oleh oksigen atau bahkan temperatur sekitar tidak mendukung reaksi kimia yang terjadi, fenomena ini terjadi karena mesin bekerja di lingkungan yang berbeda-beda dan variasi putaran yang nilainya sangat berubah-ubah sesuai akselerasi yang dibutuhkan. Kemungkinan terburuk sebahagian kecil molekul bahan bakar tidak bereaksi dan terbawa ke aliran pembuangan (exhaust). Effisiensi pembakaran �_� menerangkan seberapa banyak bahan bakar yang bereaksi dan terbakar. �_� memiliki nilai yang berkisar dari 0.95 sampai 0.98 ketika mesin

(45)

bekerja. Untuk satu siklus mesin pada satu silinder, panas yang ditambahkan adalah :

�� =�� ...(2.8)

Untuk keadaan steady :

��̇ =��̇ �� ...(2.9) Effisiensi termalnya adalah :

�� =� �⁄ �� =�̇ �⁄ ��̇ =��⁄�� ...(2.10)

Dimana:

�̇= Daya poros (kW)

�� = massa bahan bakar (kg/siklus)

��̇ = Laju aliran bahan bakar ke ruang bakar (kg/sec) �� = Nilai kalor dari bahan bakar (44400 Kj/kg)

�� = Effisiensi pembakaran (0,95 - 0,98)

�� = Effisiensi konversi bahan bakar

2.4.Analisis Ketidakpastian

Suatu cara atau metode untuk menaksir ketidakpastian dalam hasil-hasil eksperimen telah dikemukakan oleh Kline dan McClintock. Metode ini didasarkan atas spesifikasi yang teliti ketidakpastian dalam berbagai pengukuran primer eksperimen. Umpamanya, suatu bacaan tekanan tertentu mungkin dinyatakan sebagai:

P = 100 kN/m2 ± 1 kN/m2

Bila tanda plus atau minus itu digunakan untuk menyatakan katidakpastian, orang yang membuat penandaan itu sebenarnya menyatakan berapa menurut pendapatnya derajat ketelitian pengukuran yang dilakukannya itu.

(46)

Perlu dicatat bahwa spesifikasi itu sendiri tidak pasti, karena pelaku eksperimen itu tentunya tidak pasti mengenai ketelitian dalam pengukurannya.

Bila instrumen itu baru saja dikalibrasi secara seksama, dengan tingkat presisi yang tinggi, eksperimentalis itu mungkin dapat memberikan tingkat ketidakpastian pengukuran yang lebih baik dari bila pengukuran dilakukan dengan pengukur atau instrumen lain yang riwayat kalibrasinya tidak diketahui. Sebagai cara yang lebih baik dalam memberikan spesifikasi ketidakpastian suatu pengukuran, Kline dan McClintock menyarankan agar pelaku eksperimen menyatakan taruhan (kemungkinan) ketidakpastian itu. Jadi, persamaan diatas tadi dapat ditulis:

P = 100 kN/m2 ± 1 kN/m2 ( 20 banding 1)

Dengan kata lain, pelaku eksperimen berani bertaruh dengan kemungkinan 20 banding 1 pengukuran itu akan berada dalam ± 1 kN/m2

Umpamakan seperangkat pengukuran dilakukan dimana ketidakpastian masing-masing pengukuran dapat dinyatakan dengan taruhan yang sama. Perangkat pengukuran ini lalu digunakan untuk menghitung hasil eksperimen yang dikehendaki. Kita ingin menaksir ketidakpastian dalam perhitungan atas dasar ketidakpastian dalam pengukuran-pengukuran primer. Hasil R ialah suatu fungsi dari variabel tak tergantung atau (independent) x

. Perlu dicatat bahwa spesifikasi taruhannya itu hanya bisa dilakukan eksperimentalis itu atas dasar pengalaman laboratorium keseluruhan.

1, x2, x3,...xn. jadi,

R = R (x1, x2, x3,...xn)

...(2.11)

Umpamakan WR ialah ketidakpastian dalam hasil w1, w2,...wn ketidakpastian dalam variabel tak-tergantung itu mempunyai taruhan yang sama, maka ketidakpastian dalam hasil yang mempunyai taruhan itu diberikan rujukan sebagai berikut:

(47)

2.5.Lomba Kendaraan Hemat Energi

R = ��_��

1 �1�

+ �_��

2 �2�

+ … + �_��

� ��

�

1_�₂

...(2.12)

Untuk menjawab kebutuhan akan kendaraan masa depan yang hemat akan penggunaan energi dan ramah lingkungan maka dewasa ini banyak dilakukan riset dan penelitian termasuk kegiatan – kegiatan yang memancing kaum muda untuk berpartisipasi didalamnya. Ada beberapa perlombaan kendaraan hemat energi yang kita kenal salah satunya adalah Shell Eco-marathon dimana kegiatan ini merupakan reguler tahunan yang menantang tim mahasiswa untuk merancang dan membangun kendaraan yang paling hemat energi untuk bersaing dengan kendaraan tim lain, dimana pemenangnya adalah kendaraan yang dapat bergerak dengan jarak terjauh dengan menggunakan bahan bakar atau energi paling sedikit. Para tim akan bersaing dalam dua kategori utama berdasarkan desain mobil mereka :

1. Kategori Prototype adalah untuk kendaraan berbentuk futuristik yang bertujuan untuk memaksimalkan efisiensi bahan bakar melalui elemen desain yang inovatif.

2. Kategori Urban Concept adalah untuk desain kendaraan konvensional roda empat yang hemat bahan bakar, sesuai dengan kebutuhan pengemudi saat ini atau yang umum disebut dengan konsep city car.

Tim mahasiswa dapat memilih salah satu bahan bakar berikut untuk sumber daya kendaraan mereka. Kendaraan-kendaraan dapat menggunakan salah satu bahan bakar berikut atau jenis energi :

1. Shell Unleaded 95 (EU)/Shell Plus 89 (US) Petrol/Gasoline 2. Shell Diesel

3. Liquefied Petroleum Gas (LPG) 4. Shell Gas to Liquids (100% GTL) 5. Fatty Acid Methyl Ester (100% FAME) 6. Ethanol E100 (100% Ethanol)

(48)

8. Solar/Energi Surya

9. Plug-In Electricity (Li-on)

Shell Eco-marathon Asia 2012 memiliki jumlah peserta sebanyak 145 tim dari 18 negara di Asia dimana dari Indonesia sendiri diikuti oleh 8 perguruan tinggi yaitu: Universitas Gajah Mada (UGM), Institut Teknologi Bandung (ITB), Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Politeknik Negeri Pontianak, Universitas Pendidikan Indonesia, Politeknik Manufaktur Bandung, Politeknik Negeri Jakarta dan Universitas Sumatera Utara (USU).

Di Indonesia sendiri untuk pertama kalinya tahun 2012 diadakan Indonesia Energy Marathon Challange dimana kegiatan ini pada dasarnya juga sama dengan konsep Shell Eco-marathon hanya saja peserta kompetisi dari Indonesia dan keragaman sumber energi yang disediakan juga masih sangat minim yaitu pertamax plus, solar dan listrik.

(49)

BAB III

METODOLOGI PENGUJIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Pengujian ini dilakukan dibeberapa tempat sebagai berikut:

a. Pengujian kecepatan untuk mendapatkan putaran mesin dilakukan di Jl. Universitas, Universitas Sumatera Utara selama 3 hari.

b. Pengujian emisi gas buang kendaraan dilakukan di Balai Teknik Kesehatan Lingkungan Medan, Jl. K.H. Wahid Hasyim selama 1 hari. c. Pengujian perbandingan udara dan bahan bakar dilakukan di bengkel

SEBU, Jl. Ringroad Medan selama 1 hari

d. Pengujian torsi dilakukan di Laboratorium Teknologi Mekanik Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara selama 3 hari

3.2 Bahan Pengujian

Adapun bahan pengujian yang digunakan adalah : 1. Mesin “MESIN USU”

“MESIN USU” menggunakan mesin yang diadopsi dari mesin pabrikan Honda yaitu mesin dari Honda Revo.

(50)

Gambar 3.1 Mesin “MESIN USU” Spesifikasi mesin sebagai berikut:

Tipe mesin : 4 langkah

Diameter x langkah : 50 mm x 55,6 mm

Volume langkah : 109,1 cc

Perbandingan Kompresi : 9,0 : 1

Daya Maksimum : 6,2 kW/7.500 rpm Torsi Maksimum : 8,6 Nm/5.500 rpm

Kapasitas Minyak Pelumas Mesin : 0,8 lt pada pergantian periodik Kopling Otomatis : Ganda, otomatis, sentrifugal Gigi Transmsi : 4 kecepatan bertautan tetap Pola Pengoperan Gigi : N - 1 - 2 - 3 - 4 – N

Starter : Pedal dan Elektrik

Aki : MF 12 V - 3Ah

Busi : ND U20EPR9S, NGK CPR6EA-9S

Sistem Pengapian : DC-CDI, Battery

Tahun Pembuatan : 2011

Berat Kendaraan : 97 Kg

3.3 Alat Pengujian

(51)

1. Bahan Bakar

Adapun bahan bakar yang digunakan dalam pengujian ini adalah: a. Premium

Gambar 3.2 Bahan bakar premium

Premium merupakan nama bahan bakar bensin yang paling umum digunakan di Indonesia, spesifikasi umumnya sebagai berikut:

o Warna kuning o RON 88

o Kandungan timbal (0,013 gr/l - 0,3 gr/l)

o Berat jenis pada suhu 150C (715 kg/m3-780 kg/m3 o Nilai kalor (44400 kJ/kg)

)

o Harga Rp 4500/liter

b. Pertamax Plus

(52)

Pertamax plus merupakan nama bahan bakar bensin yang paling mahal dan paling baik yang digunakan di Indonesia, spesifikasi umumnya sebagai berikut:

o Warna merah o RON 95

o Kandungan timbal maksimum 0,013 gr/l

o Berat jenis pada suhu 150C (715 kg/m3-770 kg/m3 o Nilai kalor (44400 kJ/kg)

)

o Harga Rp 10800/liter

2. Speedometer

Digunakan untuk mengukur kecepatan kendaraan dalam pengujian

Gambar 3.4 Speedometer

Alat ukur yang digunakan adalah analog speedometer standar bawaan sepeda motor Honda Blade yang memiliki tipikal mesin yang sama dengan Honda Absolute Revo dengan spesifikasi sebagai berikut:

o Daya 12V, Aki MF 3Ah

o Sensor pada putaran roda depan

o Batas ukur 0-160 km/jam dengan ketelitian ± 1 km/jam o Tampilan analog

3. Tachometer

(53)

Gambar 3.5 Tachometer

Alat ukur yang digunakan adalah portable digital tachometer

dengan spesifikasi sebagai berikut :

o Daya 12V

o Batas ukur 0-9999 rpm dengan ketelitian ±1,91% o Stainless steel

4. Water Brake Dynamometer

Digunakan untuk mengukur torsi dari mesin “MESIN USU”.

Gambar 3.6 Water brake dynamometer

Alat ukur yang digunakan adalah hidrolik dinamometer dimana menggunakan rem hidrolis yang terdiri dari pompa, penampungan fluida dan pipa antara dua bagian tersebut. Katup pengatur terletak

(54)

diantara dua bagian tersebut. Katup yang terletak diantara pipa dan penampunng memiliki penunjuk atau instrumen untuk menunjukkan besarnya tekanan hidrolis, fluida yang digunakan adalah air. Adapun spesifikasinya sebagai berikut:

o Buatan Tecquipment

o Batas ukur 20Nm, 6000 rpm dengan ketelitian ±0.25% o Hidrolik sistem dengan air sebagai absorber

o 1 Katup pengisian/pembebanan dan 1 katup buang o Timbangan torsi analog

5. Timbangan

a. Digunakan untuk mengukur berat pembebanan pada dinamometer

Gambar 3.7 Timbangan digital

Timbangan heles digital tipe EK3252 dengan spesifikasi: - Super presisi dengan sensor tekanan

- Kapasitas maksimum 5kg - Ketelitian ± 1gr

- Auto zero

- Daya 1 x 9V baterai alkaline

(55)

Gambar 3.8 Timbangan analog

Timbangan yang digunakan adalah krisbow personal scales

dengan spesifikasi sebagai berikut: - Sensor tekanan analog

- Beban maksimum 120 kg dengan ketelitian ± 1 kg 6. Alat Ukur Emisi Gas Buang Kendaraan

Gambar 3.9 Alat uji emisi gas buang kendaraan

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

(56)

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

o Ketelitian (CO res. 0,01 CO

)

2 res. 0,1dan O2

res. 0,01) IR remote Keyboard 3 x

o AAA Max Konsumsi o 70W Tampilan LCD o 320x240 Keyboard silicone karet,

dilapisi

Printer termal bi-warna (hitam / merah, 24 kolom

) Serial port COM1, COM2, RS232,

RS485 Video konektor VGA, (PAL atau NTSC

) 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 8.6kgs

7. AFR Meter

Digunakan untuk mengukur perbandingan udara dan bahan bakar di dalam mesin.

(57)

Gambar 3.10 AFR meter

Tipe alat ukur yang digunakan adalah LM-2 AFR meter portabel buatan Innovate Motorsports Amerika.

Spesifikasi: • Daya 12V

• Ketelitian ± 0.29 setelah 500 pengukuran and ± 0,59 setelah 2000 kali pengukuran.

• Wideband O2 kompatibel dengan semua jenis bahan bakar • Single atau dual channel

• OBD-II pindai alat-membaca / DTC jelas dan log hingga 16 saluran CAN OBD-II data

• Log langsung ke SD card

• Data log Playback pada layar dan / atau dengan perangkat lunak logworks

• Layar LCD

• 2 dikonfigurasi analog output linier

• konektor kunci Positif untuk semua koneksi • Inovasi MTS seri IN dan OUT

(58)

Tabel 3.1 Standar stoikometeri beberapa bahan bakar[9] :

Gasoline 14.7

LPG (Propane) 15.5

Methanol 6.4

Ethanol 9.0

CNG 17.2

Diesel 14.6

LM-2 juga dapat dikalibrasi otomatis sesuai perubahan suhu, ketinggian, dan kondisi sensor.

8. Tools

Digunakan untuk melakukan pemasangan dan pembongkaran mesin “MESIN USU” selama pengujian.

Gambar 3.11 Toolbox

Adapun beberapa alat-alat yang digunakan selama pengujian diantaranya adalah sebagai berikut:

o Obeng (±)

o Tang jepit, tang potong dan tang buaya o Kunci-kunci pas dan kunci ring

3.4 _{Prosedur Pengujian}

(59)

1. Mesin “MESIN USU”dibongkar dan dipasang kembali ke sepeda motor 2. Tachometer dipasang pada sepeda motor

3. Sepeda motor diuji dengan variasi bahan bakar, beban dan kecepatan untuk mendapatkan data putaran mesin sebagai berikut

Tabel 3.2 Format pengujian kecepatan terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus

Jenis Beban

Pengemudi Kecepatan

N

Bahan

Bakar kg km/jam rpm

Hasil Pengukuran

Premium

20 2170

30 2562

40 3370

50 4360

60 5208

70 5953

20 2180

30 2581

40 3389

50 4377

60 5371

70 6029

20 2260

30 2668

40 3497

50 4452

60 5387

70 6187

Pertamax Plus

20 2133

30 2485

40 3514

50 4340

60 5005

70 6000

20 2222

30 2585

40 3515

50 4377

(60)

70 6097

20 2244

30 2630

40 3489

50 4484

60 5262

70 6159

4. Pengujian emisi gas buang kendaraan sesuai dengan putaran mesin yang sudah didapatkan dari pengujian sebelumnya dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.

5. Pengujian perbandingan udara dan bahan bakar kendaraan sesuai dengan putaran mesin yang sudah didapatkan dari pengujian sebelumnya dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.

6. Mesin dibuka dan dipasang pada alat uji torsi untuk melakukan pengujian torsi

7. Alat uji torsi diseimbangkan dengan pemberian beban sebesar 2692 gram 8. Torsi diukur dengan variasi rpm yang sudah didapatkan dengan variasi

bahan bakar premium dan pertamax plus. 9. Semua data dicatat dan dianalisis

10. Selesai

3.5. Bagan Alir Pengerjaan

Adapun prosedur dari pengerjaan dan pengujian yang dilakukan dalam skripsi ini dapat dilihat pada bagan alir berikut ini dapat dilihat pada bagan alir berikut ini

Mulai

Survei Lapangan dan Studi Literatur

(61)

Gambar 3.12 Bagan alir prosedur pengerjaan

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengujian Performansi

Data yang diperoleh dari pengujian performansi ini meliputi putaran, torsi, perbanding udara bahan bakar (AFR) dan emisi gas buang kendaraan yang dilakukan secara langsung dengan menggunakan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.

4.1.1 Torsi

Berikut adalah data hasil pengujian torsi pada mesin otto dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.

Tabel 4.1 Hasil pengujian torsi terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus

Jenis Beban

N

τ

Pemasangan Alat

Pengujian Kendaraan

Selesai

(62)

Pengemudi Bahan

Bakar kg rpm Nm

Hasil Pengukuran

Premium

2170 6,4

2562 6,8

3370 7,6

4360 7,9

5208 8,4

5953 8,5

2180 6,4

2581 6,9

3389 7,6

4377 7,9

5371 8,3

6029 8,6

2260 6,5

2668 6,9

3497 7,8

4452 8,2

5387 8,3

6187 8,5

Pertamax plus

2133 5,3

2485 5,5

3514 6,9

4340 7,1

5005 7,5

6000 8

2222 5,4

2585 5,5

3515 6,9

4377 7,2

5215 7,8

6097 8,2

2244 5,4

2630 5,6

3489 6,7

4484 7,3

5262 7,9

6159 8,1

(63)

Tabel 4.2 Perbandingan persen galat torsi terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus

Premium Pertamax plus Galat/error

6,4 5,3 17,19%

6,8 5,5 19,12%

7,6 6,9 9,21%

7,9 7,1 10,13%

8,4 7,5 10,71%

8,5 8 5,88%

6,4 5,4 15,63%

6,9 5,5 20,29%

7,6 6,9 9,21%

7,9 7,2 8,86%

8,3 7,8 6,02%

8,6 8,2 4,65%

6,5 5,4 16,92%

6,9 5,6 18,84%

7,8 6,7 14,10%

8,2 7,3 10,98%

8,3 7,9 4,82%

8,5 8,1 4,71%

(64)

Dari tabel dan grafik diatas dapat dilihat besarnya torsi untuk masing-masing pengujian, untuk bahan bakar premium torsi terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg dan 70 kg (2170 dan 2180 rpm) yaitu sebesar 6,4 Nm sedangkan torsi tertinggi terjadi pada pembebanan 70 kg (6029 rpm) yaitu sebesar 8,6 Nm. Untuk pertamax plus torsi terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg (2133 rpm) yaitu sebesar 5,3 Nm sedangkan torsi tertinggi terjadi pada pembebanan 70 kg (6097 rpm) yaitu sebesar 8,2 Nm.

Besar kecilnya torsi dipengaruhi oleh putaran dan beban mesin. Semakin berat beban pengemudi yang diberikan maka semakin besar pula torsi yang dibutuhkan untuk mencapai kecepatan yang lebih tinggi.Ada beberapa cara untuk meningkatkan nilai torsi dari sebuah mesin yaitu dengan memperbesar langkah piston atau dengan memperbesar volume ruang bakar, namun hal ini akan sangat mempengaruhi effisiensi bahan bakar, konstruksi mesin tersebut.

4.1.2 Daya

Berikut data hasil perhitungan daya pada mesin otto dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.

Tabel 4.3 Hasil perhitungan daya terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus

Jenis Beban

Pengemudi

N

Daya

Bahan

Bakar kg rpm kW

Hasil Perhitungan

Premium

2170 1,45 ± 1,92%

2562 1,83 ± 1,92%

3370 2,68 ± 1,92%

4360 3,61 ± 1,92%

5208 4,58 ± 1,92%

5953 5,30 ± 1,92%

2180 1,46 ± 1,92%

2581 1,87 ± 1,92%

3389 2,70 ± 1,92%

4377 3,62 ± 1,92%

5371 4,67 ± 1,92%

(65)

2260 1,54 ± 1,92%

2668 1,93 ± 1,92%

3497 2,86 ± 1,92%

4452 3,82 ± 1,92%

5387 4,68 ± 1,92%

6187 5,51 ± 1,92%

Pertamax plus

2133 1,18 ± 1,92%

2485 1,43 ± 1,92%

3514 2,54 ± 1,92%

4340 3,23 ± 1,92%

5005 3,93 ± 1,92%

6000 5,03 ± 1,92%

2222 1,26 ± 1,92%

2585 1,49 ± 1,92%

3515 2,54 ± 1,92%

4377 3,30 ± 1,92%

5215 4,26 ± 1,92%

6097 5,24 ± 1,92%

2244 1,27 ± 1,92%

2630 1,54 ± 1,92%

3489 2,45 ± 1,92%

4484 3,43 ± 1,92%

5262 4,35 ± 1,92%

6159 5,23 ± 1,92%

Tabel 4.4 Perbandingan persen galat daya terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus

Premium Pertamax plus Galat/error

1,45 1,18 18,62%

1,83 1,43 21,86%

2,68 2,54 5,22%

3,61 3,23 10,53%

4,58 3,93 14,19%

5,3 5,03 5,09%

1,46 1,26 13,70%

1,87 1,49 20,32%

2,7 2,54 5,93%

3,62 3,3 8,84%

4,67 4,26 8,78%

(66)

1,54 1,27 17,53%

1,93 1,54 20,21%

2,86 2,45 14,34%

3,82 3,43 10,21%

4,68 4,35 7,05%

5,51 5,23 5,08%

Gambar 4.2 Grafik daya vs putaran mesin

Dari hasil perhitungan dan grafik diatas dapat dilihat besarnya daya untuk masing-masing perhitungan, untuk bahan bakar premium daya terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg (2170 rpm) yaitu sebesar 1,45 kW sedangkan daya tertinggi terjadi pada pembebanan 90 kg (6187 rpm) yaitu sebesar 5,51 kW. Untuk pertamax plus daya terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg (2133 rpm) yaitu sebesar 1,18 kW sedangkan daya tertinggi terjadi pada pembebanan 70 kg (6097 rpm) yaitu sebesar 5,24 kW.

Besar kecil daya mesin bergantung pada besar kecil torsi yang didapat. Daya yang dihasilkan mesin dipengaruhi oleh putaran poros engkol yang terjadi akibat dorongan piston yang dihasilkan karena adanya pembakaran bahan bakar dengan udara. Jika konsumsi bahan bakar dan udara diperbesar maka akan semakin besar daya yang akan dihasilkan mesin.

(67)

Untuk kesemua hasil pengujian besarnya daya yang dihasilkan mengalami kecenderungan peningkatan seiring kecepatan kendaraan dan pembebanan pengemudinya.

4.1.3 Perbandingan Udara dengan Bahan Bakar (AFR)

Berikut data hasil pengujian perbandingan udara dan bahan bakar (AFR) pada mesin otto dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.

Tabel 4.5 Hasil pengujian AFR terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus

Jenis Beban

Pengemudi

N

AFR

Bahan

Bakar kg rpm

Hasil Pengukuran

Premium

2170 21,6

2562 20,5

3370 16

4360 14,3

5208 13,3

5953 13,2

2180 20,8

2581 19,6

3389 15,7

4377 14,1

5371 13,2

6029 13,1

2260 20,1

2668 18,7

3497 15,3

4452 13,8

5387 13,2

6187 13,1

Pertamax

plus 60

2133 19

2485 18,4

3514 16,9

4340 14,3

5005 12,6

6000 12,1

(68)

2585 17,8

3515 16,9

4377 14,1

5215 12,5

6097 12,1

2244 18,3

2630 17,1

3489 16,9

4484 13,9

5262 12,4

6159 12

Dengan ketidakpastian pengukuran AFR meter ±0,59

Tabel 4.6 Perbandingan persen galat AFR terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus

Premium Pertamax plus Galat/error

21,6 19 12,04%

20,5 18,4 10,24%

16 16,9 5,62%

14,3 14,3 0,00%

13,3 12,6 5,26%

13,2 12,1 8,33%

20,8 18,7 10,10%

19,6 17,8 9,18%

15,7 16,9 7,64%

14,1 14,1 0,00%

13,2 12,5 5,30%

13,1 12,1 7,63%

20,1 18,3 8,96%

18,7 17,1 8,56%

15,3 16,9 10,46%

13,8 13,9 0,72%

13,2 12,4 6,06%

(69)

Gambar 4.3 Grafik AFR vs putaran mesin

Dari tabel dan grafik diatas dapat dilihat besarnya AFR untuk masing-masing pengujian, untuk bahan bakar premium AFR terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg (2170 rpm) yaitu sebesar 21,6 sedangkan AFR tertinggi terjadi pada pembebanan 70 kg dan 90 kg (6029 rpm dan 6187 rpm) yaitu sebesar 13,1. Untuk pertamax plus AFR terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg (2133 rpm) yaitu sebesar 19 sedangkan AFR tertinggi terjadi pada pembebanan 90 kg (6159 rpm) yaitu sebesar 12.

Semakin tinggi putaran dan beban mesin, maka semakin kecil perbandingan udara dan bahan bakar. Ini disebabkan karena pada putaran dan beban maksimal terjadi proses pembakaran yang sangat cepat dimana diperlukan bahan bakar dengan jumlah besar, sehingga diperlukan udara yang besar pula untuk mengimbangi bahan bakar tadi pada keadaan ideal perbandingan udara dan bahan bakar adalah 14,7.

Untuk kesemua hasil pengujian besarnya nilai AFR mengalami kecenderungan penurunan seiring kecepatan kendaraan dan pembebanan pengemudinya.

(70)

Berikut data hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) pada mesin otto dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.

Tabel 4.7 Hasil perhitungan SFC terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus

Jenis Beban

Pengemudi

N

SFC

Bahan

Bakar kg rpm gr/kWh

Hasil Perhitungan

Premium

2170 226,16 ± 1,92%

2562 224,28 ± 1,92%

3370 257,11 ± 1,92%

4360 276,75 ± 1,92%

5208 279,84 ± 1,92%

5953 278,65 ± 1,92%

2180 234,86 ± 1,92%

2581 231,18 ± 1,92%

3389 262,02 ± 1,92%

4377 280,67 ± 1,92%

5371 285,36 ± 1,92%

6029 277,51 ± 1,92%

2260 239,30 ± 1,92%

2668 242,30 ± 1,92%

3497 261,98 ± 1,92%

4452 276,28± 1,92%

5387 285,36 ± 1,92%

6187 280,77± 1,92%

Pertamax plus

2133 310,47 ± 1,92%

2485 308,94 ± 1,92%

3514 268,11 ± 1,92%

4340 307,93 ± 1,92%

5005 330,84 ± 1,92%

6000 322,98 ± 1,92%

2222 309,61 ± 1,92%

2585 319,35± 1,92%

3515 268,11± 1,92%

4377 307,96 ± 1,92%

5215 320,66 ± 1,92%

6097 315,1± 1,92%

90 2244 316,38± 1,92%

(71)

3489 276,11± 1,92%

4484 308,11± 1,92%

5262 319,15 ± 1,92%

6159 321,65 ± 1,92%

Tabel 4.8 Perbandingan persen galat SFC terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus

Premium Pertamax plus Galat/error

226,16 310,47 37,28%

224,28 308,94 37,75%

257,11 268,11 4,28%

276,75 307,93 11,27%

279,84 330,84 18,22%

278,65 322,98 15,91%

234,86 309,61 31,83%

231,18 319,35 38,14%

262,02 268,11 2,32%

280,67 307,96 9,72%

285,36 320,66 12,37%

277,51 315,1 13,55%

239,3 316,38 32,21%

242,3 326,49 34,75%

261,98 276,11 5,39%

276,28 308,11 11,52%

285,36 319,15 11,84%

(72)

Gambar 4.4 Grafik SFC vs putaran mesin

Dari hasil perhitungan dan grafik diatas dapat dilihat besarnya Specific Fuel Consumption (SFC) untuk masing-masing perhitungan, untuk bahan bakar premium SFC terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg (2562 rpm) yaitu sebesar 224,28 gr/kWh sedangkan SFC tertinggi terjadi pada pembebanan 70 kg dan 90 kg (5371 rpm dan 5387 rpm) yaitu sebesar 285,36 gr/kWh. Untuk pertamax plus SFC terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg dan 70 kg (3514 rpm dan 3515 rpm) yaitu sebesar 268,11 gr/kWh sedangkan SFC tertinggi terjadi pada pembebanan 60 kg (5005 rpm) yaitu sebesar 330,84 gr/kWh.

Konsumsi bahan bakar spesifik dipengaruhi oleh putaran mesin, semakin tinggi putaran mesin mesin maka konsumsi bahan bakar spesifik juga akan meningkat atau sebaliknya. Hal ini disebabkan oleh laju aliran bahan bakar yang akan semakin besar pada putaran mesin tinggi.

4.1.5 Effisiensi Termal

Berikut data hasil perhitungan effisiensi termal pada mesin otto dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.

Tabel 4.9 Hasil perhitungan effisiensi termal terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus

(73)

Jenis Beban

Pengemudi

N

ηtermal

Bahan

Bakar kg rpm %

Hasil Perhitungan

Premium

2170 36,96 ± 1,92%

2562 37,27 ± 1,92%

3370 32,51 ± 1,92%

4360 30,20 ± 1,92%

5208 29,87 ± 1,92%

5953 30,00 ± 1,92%

2180 35,59 ± 1,92%

2581 36,16 ± 1,92%

3389 31,90 ± 1,92%

4377 29,78 ± 1,92%

5371 29,29 ± 1,92%

6029 30,12 ± 1,92%

2260 34,93 ± 1,92%

2668 34,50 ± 1,92%

3497 31,91 ± 1,92%

4452 30,25 ± 1,92%

5387 29,29 ± 1,92%

6187 29,77 ± 1,92%

Pertamax plus

2133 26,92 ± 1,92%

2485 27,06 ± 1,92%

3514 31,18 ± 1,92%

4340 27,15 ± 1,92%

5005 25,27 ± 1,92%

6000 25,88 ± 1,92%

2222 27,00 ± 1,92%

2585 26,17 ± 1,92%

3515 31,18 ± 1,92%

4377 27,14 ± 1,92%

5215 26,07 ± 1,92%

6097 26,53 ± 1,92%

2244 26,42 ± 1,92%

2630 25,60 ± 1,92%

3489 30,27 ± 1,92%

4484 27,13 ± 1,92%

5262 26,19 ± 1,92%

(74)

Tabel 4.10. Perbandingan persen galat effisiensi termal terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus

Premium Pertamax plus Galat/error

36,96 26,92 27,16%

37,27 27,06 27,39%

32,51 31,18 4,09%

30,20 27,15 10,10%

29,87 25,27 15,40%

30,00 25,88 13,73%

35,59 27,00 24,14%

36,16 26,17 27,63%

31,90 31,18 2,26%

29,78 27,14 8,87%

29,29 26,07 10,99%

30,12 26,53 11,92%

34,93 26,42 24,36%

34,50 25,60 25,80%

31,91 30,27 5,14%

30,25 27,13 10,31%

29,29 26,19 10,58%

29,77 25,99 12,70%

(75)

Dari hasil perhitungan dan grafik dibawah dapat dilihat besarnya effisiensi termal untuk masing-masing perhitungan, untuk bahan bakar premium effisiensi termal terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 70 kg dan 90 kg (5371 rpm dan 5387 rpm) yaitu sebesar 29,29 % sedangkan effisiensi termal tertinggi terjadi pada pembebanan 60 kg (2562 rpm) yaitu sebesar 37,27 %. Untuk pertamax plus effisiensi termal terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg (5005 rpm) yaitu sebesar 25,27 % sedangkan effisiensi termal tertinggi terjadi pada pembebanan 60 kg dan 70 kg (3514 rpm dan 3515 rpm) yaitu sebesar 31,18 %.

Ada beberapa hal yang sangat mempengaruhi tinggi rendahnya effisiensi termal dari suatu mesin diantaranya adalah perbandingan antara bahan bakar dan udara (AFR) semakin tinggi AFR maka effisiensi akan meningkat dimana laju aliran bahan bakar akan semakin kecil namun keadaan ini akan sangat mempengaruhi suhu dari ruang bakar yang diakibatkan dari gas oksigen yang berlebih, semakin tinggi kadar oksigen di ruang bakar maka akan semakin tinggi temperatur yang ditimbulkan. Selain itu nilai kalor bahan bakar dan rasio kompresi juga sangat mempengaruhi effisiensi termal.

4.2 Pengujian Emisi Gas Buang

Selain mengetahui torsi, daya, perbandingan udara dan bahan bakar, konsumsi bahan bakar spesifik dan effisiensi termal dari suatu mesin maka pengujian emisi gas buang juga sangat penting dilakukan untuk mengetahui jumlah emisi yang dikeluarkan suatu mesin. Hal ini sangat berkaitan dengan performa mesin dimana mesin yang baik dan effisien adalah mesin yang juga bersahabat dengan lingkungan, kadar emisinya memenuhi standar dan ketentuan yang berlaku. Pengujian ini dilakukan secara langsung dengan menggunakan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.

4.2.1 Kadar Karbon Monoksida (CO) dalam Gas Buang

Berikut data hasil pengujian kadar karbon monoksida (CO) pada mesin otto dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.

(76)

Tabel 4.11. Hasil pengujian kadar karbon monoksida (CO) terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus

Jenis Beban

Pengemudi

N

Bahan

Bakar kg rpm %Vol

Hasil Pengukuran

Premium

2170 0,577

2562 0,548

3370 0,725

4360 0,852

5208 0,754

5953 0,741

2180 0,684

2581 0,704

3389 0,857

4377 0,99

5371 0,897

6029 0,679

2260 0,688

2668 0,82

3497 0,845

4452 0,823

5387 0,891

6187 0,656

Pertamax Plus

2133 0,545

2485 0,666

3514 1,014

4340 0,917

5005 0,871

6000 0,765

2222 0,809

2585 0,854

3515 1,085

4377 1,099

5215 0,964

6097 0,961

2244 0,85

2630 0,846

3489 0,915

4484 1,075

5262 0,922

(77)

Tabel 4.12. Perbandingan persen kadar karbon monoksida (CO) terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus

Premium Pertamax plus Galat/error

0,577 0,545 5,55%

0,548 0,666 21,53%

0,725 1,014 39,86%

0,852 0,917 7,63%

0,754 0,871 15,52%

0,741 0,765 3,24%

0,684 0,809 18,27%

0,704 0,854 21,31%

0,857 1,085 26,60%

0,99 1,099 11,01%

0,897 0,964 7,47%

0,679 0,961 41,53%

0,688 0,85 23,55%

0,82 0,846 3,17%

0,845 0,915 8,28%

0,823 1,075 30,62%

0,891 0,922 3,48%

0,656 0,718 9,45%

(78)

Dari tabel dan grafik diatas dapat dilihat besarnya kadar karbon monoksida (CO) untuk masing-masing pengujian, untuk bahan bakar premium kadar karbon monoksida terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg (2562 rpm) yaitu sebesar 0,548% sedangkan kadar karbon monoksida tertinggi terjadi pada pembebanan 70 kg (4377 rpm) yaitu sebesar 0,99%. Untuk pertamax plus kadar karbon monoksida terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg (2133 rpm) yaitu sebesar 0,545% sedangkan kadar karbon monoksida tertinggi terjadi pada pembebanan 70 kg (4377 rpm) yaitu sebesar 1,099%.

Gas karbon monoksida adalah gas paling berbahaya yang dihasilkan dari pembakaran yang tidak sempurna dimana sifatnya tidak berbau, tidak berwarna namun beracun. Umumnya kandungan gas karbon monoksida dalam emisi gas buang adalah 0,2% – 5%, hal ini ditimbulkan karena tidak cukupnya gas oksigen untuk mengubah karbon menjadi karbon dioksida. Biasanya pencampuran bahan bakar dan oksigen yang tidak baik akan menghasilkan gas karbon monoksida hal ini terjadi pada pembakaran kaya dimana jumlah bahan bakar sangat tinggi dibanding gas oksigen yang idealnya (14,7 : 1).

4.2.2 Kadar Karbon Dioksida (CO2

Berikut data hasil pengujian kadar karbon dioksida (CO ) dalam Gas Buang

2) pada mesin otto dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.

Tabel 4.13. Hasil pengujian kadar karbon dioksida (CO2) terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus

Jenis Beban

Pengemudi

N

CO2

Bahan

Bakar kg rpm %Vol

Hasil Pengukuran

Premium

2170 0,84

2562 0,75

3370 0,73

4360 0,73

5208 0,82

5953 0,87

70 2180 0,86

(79)

3389 0,82

4377 0,85

5371 0,97

6029 0,93

2260 0,85

2668 0,82

3497 0,79

4452 0,83

5387 0,87

6187 0,94

Pertamax Plus

2133 1,01

2485 0,99

3514 0,92

4340 0,93

5005 0,99

6000 1,06

2222 0,92

2585 0,9

3515 0,86

4377 0,94

5215 1,02

6097 1,08

2244 0,92

2630 0,93

3489 0,89

4484 0,94

5262 1

6159 1,18

Tabel 4.14. Perbandingan persen galat kadar karbon dioksida (CO2

Premium

) terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus

Pertamax plus Galat/error

0,84 1,01 20,24%

0,75 0,99 32,00%

0,73 0,92 26,03%

0,73 0,93 27,40%

0,82 0,99 20,73%

0,87 1,06 21,84%

0,86 0,92 6,98%

(80)

0,82 0,86 4,88%

0,85 0,94 10,59%

0,97 1,02 5,15%

0,93 1,08 16,13%

0,85 0,92 8,24%

0,82 0,93 13,41%

0,79 0,89 12,66%

0,83 0,94 13,25%

0,87 1 14,94%

0,94 1,18 25,53%

Untuk bahan bakar premium kadar karbon dioksida terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg (3370 rpm dan 4360rpm) yaitu sebesar 0,73% sedangkan kadar karbon dioksida tertinggi terjadi pada pembebanan 90 kg (6187 rpm) yaitu sebesar 0,94%. Untuk pertamax plus kadar karbon dioksida terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 70 kg (3515 rpm) yaitu sebesar 0,86% sedangkan kadar karbon dioksida tertinggi terjadi pada pembebanan 90 kg (6159 rpm) yaitu sebesar 1,18%.

Gambar 4.13 Grafik kadar CO2

Gas karbon dioksida adalah gas yang dihasilkan dari pembakaran sempurna, dimana pencampuran bahan bakar dan udara stoikometri. Biasanya pencampuran

(81)

bahan bakar dan oksigen yang tidak baik akan menghasilkan gas karbon monoksida.

4.2.3 Kadar Oksigen (O2

Berikut data hasil pengujian kadar oksigen (O ) dalam Gas Buang

2) pada mesin otto dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.

Tabel 4.15. Hasil pengujian kadar oksigen (O2) terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus

Jenis Beban

Pengemudi

N

Bahan

Bakar kg rpm %Vol

Hasil Pengukuran

Premium

2170 19,34

2562 19,53

3370 19,32

4360 19,19

5208 19,12

5953 19,05

2180 19,21

2581 19,29

3389 19,12

4377 18,87

5371 18,91

6029 19,06

2260 19,23

2668 19,3

3497 19,19

4452 19,19

5387 19,1

6187 18,95

Pertamax Plus

2133 19,56

2485 19,52

3514 19,24

4340 19,35

5005 19,27

6000 19,19

2222 19,47

2585 19,57

3515 19,2

(82)

5215 19,18

6097 18,98

2244 19,32

2630 19,48

3489 19,39

4484 19,19

5262 19,17

6159 19,07

Tabel 4.16. Perbandingan persen galat kadar oksigen (O2

Premium

) terhadap putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus

Pertamax plus Galat/error

19,34 19,56 1,14%

19,53 19,52 0,05%

19,32 19,24 0,41%

19,19 19,35 0,83%

19,12 19,27 0,78%

19,05 19,19 0,73%

19,21 19,47 1,35%

19,29 19,57 1,45%

19,12 19,2 0,42%

18,87 19,17 1,59%

18,91 19,18 1,43%

19,06 18,98 0,42%

19,23 19,32 0,47%

19,3 19,48 0,93%

19,19 19,39 1,04%

19,19 19,19 0,00%

19,1 19,17 0,37%

18,95 19,07 0,63%

Dari tabel dan grafik dibawah dapat dilihat besarnya kadar oksigen (O2) untuk masing-masing pengujian, untuk bahan bakar premium kadar oksigen terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 70 kg (4377 rpm) yaitu sebesar 18,87% sedangkan kadar oksigen tertinggi terjadi pada pembebanan 60 kg (2562 rpm) yaitu sebesar 19,53%. Untuk pertamax plus kadar oksigen terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 70 kg (6097 rpm) yaitu sebesar 18,98% sedangkan

(83)

kadar oksigen tertinggi terjadi pada pembebanan 70 kg (2585 rpm) yaitu sebesar 19,57%.

Gambar 4.15 Grafik kadar O2 vs putaran mesin

Oksigen sangat mempunyai peran besar dalam proses pembakaran, pembakaran pada mesin otto terjadi dimana oksigen bercampur dengan bahan bakar, jumlah oksigen biasanya akan menurun seiring meningkatnya putaran mesin dikarenakan proses pembakaran yang semakin cepat dan jumlah bahan bakar yang semakin kaya, oleh karena itu dalam beberapa hal mesin ditambahkan

turbocharger atau supercharger untuk menambah pasokan udara kedalam ruang bakar.

(84)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dihasilkan dari pengujian ini adalah :

1. Pada mesin otto berbahan bakar premium dan pertamax plus torsi dan daya mengalami penurunan sebesar 17,19% dan 18,62% ketika menggunakan bahan bakar pertamax plus pada putaran mesin rendah, sedangkan torsi dan daya akan mengalami peningkatan sebesar 4,65% dan 4,9% ketika menggunakan bahan bakar premium pada putaran mesin tinggi.

2. Perbandingan udara bahan bakar (AFR) untuk bahan bakar premium dan pertamax plus mengalami penurunan 12,04% ketika menggunakan bakar premium pada putaran mesin rendah, sedangkan AFR akan mengalami peningkatan sebesar 8,4% ketika menggunakan bahan bakar pertamax plus pada putaran mesin tinggi.

3. Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) untuk bahan bakar premium dan pertamax plus mengalami penurunan 19,54% ketika menggunakan bakar premium pada putaran mesin rendah, sedangkan SFC akan mengalami peningkatan sebesar 15,94% ketika menggunakan bahan bakar pertamax plus pada putaran mesin tinggi.

4. Effisiensi termal untuk untuk bahan bakar premium dan pertamax plus mengalami penurunan 13,72% ketika menggunakan bakar pertamax plus pada putaran mesin tinggi, sedangkan effisiensi termal akan mengalami peningkatan sebesar 16,34% ketika menggunakan bahan bakar premium pada putaran mesin rendah.

5. Pertamax plus menghasilkan emisi gas buang yang lebih tinggi dibandingkan premium, untuk emisi karbon monoksida (CO) meningkat 13,51%, emisi karbon dioksida (CO2) meningkat 13,73% dan oksigen (O2)meningkat sebesar 0,68%.

(85)

5.2 Saran

Adapun saran yang diberikan adalah sebagai berikut.

1. Untuk pengujian selanjutnya, nilai kalor bahan bakar perlu di uji untuk hasil yang lebih baik dan akurat.

2. Pada pengujian selanjutnya, alat ukur torsi sebaiknya menggunakan yang dapat di instalasi langsung dengan kendaraan uji untuk mendapat data yang lebih akurat.

3. Harapannya pengujian ini dapat dilanjutkan dan didalami untuk mendapatkan performansi terbaik dari mesin “MESIN USU” kedepannya.

(86)

DAFTAR PUSTAKA

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

2. Heywood. John B. 1998. Internal Combustion Engines Fundamental. New York.

3. Holman, J.P. 1984. Experimental Methods for Engineers. McGraw-Hill Book, Inc.

4. Pulkrabek, Willard W. 1997. Engineering Fundamental of the Internal Combustion Engine. New Jersey. Prentice Hall.

5. Shigley, dkk (Terjemahan Gandhi Harahap). (1991). Perencanaan Teknik Mesin, Jilid 2. Jakarta: Erlangga.

6. Y. A. Cengel and M. A. Boles, Thermodynamics An Engineering Approach,

5th ed, McGraw-Hill, 2006.

10.

12. http://otomotif-1978.blogspot.com/2010/10/cara-kerja-motor-bensin-dan-diesel.html

13. http://www.penixtech.com

(87)

(1)

(2)

Lampiran 5. Nilai kalor berbagai bahan bakar

Fuel

Higher Calorific Value Lower Calorific Value (Gross Calorific Value - GCV)

(Net Calorific Value - NCV)

kJ/kg Btu/lb kJ/kg

Acetone 29000

Alcohol, 96% 30000

Anthracite 32500 - 34000 14000 - 14500

Bituminous coal 17000 - 23250 7300 - 10000

Butane 49510 20900 45750

Carbon 34080

Charcoal 29600 12800

Coal (Lignite -

Anthrasite) 15000 - 27000 8000 - 14000

Coke 28000 - 31000 12000 - 13500

Diesel 44800 19300 43400

Ethane 51900 47800

Ethanol 29700 12800

Ether 43000

Gasoline 47300 20400 44400

Glycerin 19000

Hydrogen 141790 61000 121000

Kerosone 46200 43000

Lignite 16300 7000

Methane 55530 50000

Oils, vegetable 39000 - 48000

Paraffin 46000 41500

Peat 13800 - 20500 5500 - 8800

Pentane 45350

Petrol 48000

Petroleum 43000

Propane 50350 46350

Semi anthracite 26700 - 32500 11500 - 14000

Sulfur 9200

Tar 36000

Turpentine 44000

Wood (dry)

14400 - 17400 kJ/m

6200 - 7500 Btu/ft

3 3

Acetylene 56000

Butane C4H10 133000 3200

Hydrogen 13000

Natural gas 43000 950 - 1150

Methane CH4 39820

Propane C3H8 101000 2550

Town gas 18000 kJ/l

Gas oil 38000 164000

Heavy fuel oil 41200 177000

(3)

Lampiran 6. Dokumentasi Pengujian

Gambar. Mesin “MESIN USU” diambil dari mobil tim horas

(4)

Gambar. Mesin “MESIN USU” di instalasi ke sepeda motor

(5)

Gambar. Pengujian kecepatan terhadap rpm

(6)

Uji Performansi Mesin Otto Satu Silinder Dengan Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus