Pengaruh Variasi Penambahan Alkohol 96% Pada Bensin Terhadap Unjuk Kerja Motor Otto

MOTOR BAKAR

PENGARUH VARIASI PENAMBAHAN ALKOHOL 96% PADA BENSIN TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR OTTO

SKRIPSI

Skripsi Ini Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

MONANG BUTAR BUTAR NIM. 100421020

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2013

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya yang telah memberikan kesehatan, kesempatan dan pengetahuan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Sarjana ini.

Adapun laporan tugas Sarjana ini berjudul “Pengaruh Variasi Penambahan Alkohol 96% Pada Bensin Terhadap Unjuk Kerja Motor Otto”. Penulisan Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dalam skripsi ini akan dibahas tentang bagaimana pengaruh variasi penambahan alkohol 96% pada bensin terhadap unjuk kerja motor bensin empat langkah empat silinder dengan parameter Torsi dan Daya, Konsumsi Bahan Bakar Spesifik, Rasio Udara Bahan Bakar, Efisiensi Volumetris, dan Efisiensi Thermal Brake.

Dalam menyelesaikan laporan tugas Sarjana ini penulis banyak mengalami kesulitan, namun berkat usaha penulis dan bantuan pihak lain baik berupa material maupun pemikiran baik secara langsung maupun tidak langsung, akhirnya laporan tugas Sarjana ini dapat diselesaikan, dan sudah sepantasnya bagi penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Dr.-Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri, Ketua Departemen Teknik Mesin; 2. Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc., Dosen Pembimbing penulis.

3. Ir. M. Syahril Gultom, M. T., Dosen Penguji 1.

4. Tulus Burhanuddin Sitorus, S. T., M. T., Dosen Penguji 2.

5. Seluruh Dosen dan Staf Pengajar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Staf Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin USU, “Bang Atin” yang telah banyak membantu dan membimbing penulis selama penelitian ini berlangsung.

7. Ayah dan Ibu yang selalu mendoakan, memberikan semangat dan bantuan baik secara moril maupun material kepada penulis sejak awal perkuliahan hingga selesai laporan tugas akhir ini, yaitu: B. Butar Butar dan T. Br Simanjuntak.

8. Pacarku tercinta yang selalu mendoakan penulis dan memberikan dukungan kepada penulis, yaitu Normauli br. Malau, AM.Keb.

9. Rekan-rekan mahasiswa yang turut membantu dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini terutama Parade Holmes Nainggolan.

10. Adik-adikku tersayang yang terus mendukung dan mendoakan penulis, yaitu: Agus Roy Butar Butar, S. T. P., Fitri Jelita Butar Butar, A.M. Keb., dan Evita Butar Butar.

11. Dan semua pihak yang turut membantu dalam penulisan laporan tugas akhir ini yang namanya tidak bisa penulis tuliskan satu-persatu.

Walaupun penulis sudah berusaha semaksimal mungkin, namun penulis menyadari bahwa laporan ini masih belum sempurna. Oleh sebab itu penulis mengharapkan kritikan dan saran yang sifatnya mengarah kepada kesempurnaan laporan tugas akhir ini.

Akhir kata penulis berharap semoga laporan tugas akhir ini ada manfaatnya bagi siapa saja yang membacanya, baik itu sebagai bahan masukan maupun sebagai bahan perbandingan.

Medan, 12 Agustus 2013 Penulis,

NIM : 100421020 Monang Butar Butar

ABSTRAK

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan alkohol 96% ke premium terhadap unjuk kerja motor otto. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen. Pemilihan metode ini disesuaikan dengan tujuan penelitian yaitu untuk membandingkan unjuk kerja mesin yang meliputi Torsi, Daya, Konsumsi Bahan Bakar Spesifik, Rasio Udara Bahan Bakar, Efisiensi Volumetris, dan Efisiensi Thermal Brake pada mesin bensin Empat Langkah Empat Silinder dengan menggunakan bahan bakar premium tanpa alkohol 96% dengan bahan bakar premium dicampur alkohol 96% dengan variasi penambahan 5%, 7%, dan 9%. Penelitian ini dilakukan di laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. Berdasarkan penelitian ini diperoleh hasil yaitu daya yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium murni masih lebih tinggi dibandingkan dengan daya yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium campuran alkohol 96%. Semakin meningkat kadar alkohol dalam premium, maka daya akan semakin menurun, konsumsi bahan bakar meningkat, efisiensi volumetris menurun, dan efisiensi thermal brake semakin meningkat.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ……… i

ABSTRAK ..……… iii

DAFTAR ISI ……… iv

DAFTAR TABEL ……… vii

DAFTAR GAMBAR……… viii

DAFTAR NOTASI ……… ix

BAB I PENDAHULUAN.………..… 1

1.1 Latar Belakang.……….………..……… 1

1.2 Batasan Masalah ……… 3

1.3 Tujuan Penelitian……… 4

1.4 Manfaat Penelitian ……… 4

1.5 Sistematika Penulisan…….……… 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ……… 6

2.1 Motor Bakar Torak ……..……… 6

2.2 Siklus Otto ………..…..…… 8

2.3 Prinsip Kerja Motor Bakar Empat Langkah ………..… 10

2.4 Tinjauan Terhadap Unjuk Kerja Motor Bensin……… 12

2.4.1 Torsi dan Daya ………..………..……… 13

2.4.3 Perbandingan Udara Bahan Bakar ……… 14

2.4.4 Efisiensi Volumetris …………...……….. 15

2.4.5 Efisiensi Thermal Brake ..……….……… 17

2.5 Nilai Kalor Bahan Bakar ………...……… 17

2.6 Alkohol ……… 19

2.7 Angka Oktan ……… 20

2.8 Analisa Kesalahan / Ketakpastian dengan Metode Kline dan Mc Clintock ……… 21

BAB III METODOLOGI PENELITIAN…...……… 23

3.1 Metode Penelitian ……… 23

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian…..……… 23

3.3 Alat dan Bahan ……… 24

3.3.1 Alat ……… 24

3.3.2 Bahan ……… 26

3.4 Variabel Penelitian ……… 28

3.5 Prosedur Pengujian ……… 29

3.5.1 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ……… 29

3.5.2 Prosedur Pengujian Unjuk Kerja Motor Bensin ………… 31

3.6 Diagram Alir Pengujian ……… 35

3.6.1 Diagram Alir Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar……… 35

3.6.2 Diagram Alir Pengujian Unjuk Kerja Motor Bensin …… 36

BAB IV ANALISA DAN HASIL PENGUJIAN……….………… 37

4.2 Pengujian Unjuk Kerja Motor Bensin……… 42

4.2.1 Torsi ……….. 42

4.2.2 Daya ……… 46

4.2.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ……… 49

4.2.4 Rasio Udara Bahan Bakar …………..……… 53

4.2.5 Efisiensi Volumetris ……… 57

4.2.6 Efisiensi Thermal Brake ……… 60

4.3 Analisa Ketakpastian dengan Metode Kline dan Mc Clintock 63 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN……… 66

5.1 Kesimpulan ……… 66

5.2 Saran ……… 71

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian dan Perhitungan Bom Kalorimeter ……… 40

Tabel 4.2 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi untuk bahan bakar premium pada putaran yang bervariasi dan beban 10 kg……… 43

Tabel 4.3 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi untuk bahan bakar PA-5 pada putaran yang bervariasi dan beban 10 kg. ………… 43

Tabel 4.4 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi untuk bahan bakar PA-7 pada putaran yang bervariasi dab beban 10 kg ………… 43

Tabel 4.5 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi untuk bahan bakar PA-9 pada putaran yang bervariasi dan beban 10 kg……… 44

Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Daya ……… 47 Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Sfc) ……… 51 Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Perbandingan Udara-Bahan Bakar (AFR) … 56 Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Efisiensi Volumetris……… 59 Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Efisiensi Thermal Brake……… 62 Tabel 5.1 Nilai Kalor Atas Bahan Bakar (HHV) ……… 68 Tabel 5.2 Hasil Pengujian Performansi pada kondisi maksimum………… 69 Tabel 5.3 Perbandingan performansi bahan bakar Premium campuran

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Siklus Otto ……… 8

Gambar 2.2 Skema Gerakan Torak dan Katup Motor 4 Langkah ……… 12

Gambar 3.1 Mesin Uji TecQuipment type TD4A 024 ……… 24

Gambar 3.2 Bom Kalorimeter ……… 25

Gambar 3.3 Premium ……….. 26

Gambar 3.4 Alkohol 96% ……… 27

Gambar 3.5 Diagram Alir Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ……… 35

Gambar 3.6 Diagram Alir Pengujian Unjuk Kerja Motor Otto ………. 36

Gambar 4.1 Grafik hasil pengujian Bom Kalorimeter……… 41

Gambar 4.2 Grafik Torsi vs Putaran ……… 44

Gambar 4.3 Grafik Daya vs Putaran ……… 47

Gambar 4.4 Grafik Sfc vs Putaran ……… 52

Gambar 4.5 Kurva Viscous Flow Meter Calibration ……… 54

Gambar 4.6 Grafik AFR vs Putaran ……… 56

Gambar 4.7 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran ……… 59

DAFTAR NOTASI

Pe : Daya Keluaran (Watt)

n : Putaran mesin (rpm)

T : Torsi (N.m)

Sfc : Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (g/kW.h)

mf : Laju Aliran Bahan Bakar (kg/jam)

sgf : specific gravity

Vf : volume bahan bakar yang diuji (ml)

tf : waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume

uji (detik)

AFR : Air Fuel Ratio

ma : laju aliran massa udara (kg/jam)

Pa : tekanan udara (Pa)

Ta : temperatur udara (K) ρa : kerapatan udara (kg/m3)

Vs : volume langkah torak (m3)

R2 : korelasi

LHV : Nilai Kalor Bawah Bahan Bakar (kJ/kg)

HHV : Nilai Kalor Atas (kJ/kg)

T1 : Temperatur air pendingin sebelum penyalaan (°C)

T2 : Temperatur air pendingin sesudah penyalaan (°C)

Cv : Panas Jenis Bom Kalorimeter (kJ/kg°C)

ABSTRAK

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan alkohol 96% ke premium terhadap unjuk kerja motor otto. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen. Pemilihan metode ini disesuaikan dengan tujuan penelitian yaitu untuk membandingkan unjuk kerja mesin yang meliputi Torsi, Daya, Konsumsi Bahan Bakar Spesifik, Rasio Udara Bahan Bakar, Efisiensi Volumetris, dan Efisiensi Thermal Brake pada mesin bensin Empat Langkah Empat Silinder dengan menggunakan bahan bakar premium tanpa alkohol 96% dengan bahan bakar premium dicampur alkohol 96% dengan variasi penambahan 5%, 7%, dan 9%. Penelitian ini dilakukan di laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. Berdasarkan penelitian ini diperoleh hasil yaitu daya yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium murni masih lebih tinggi dibandingkan dengan daya yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium campuran alkohol 96%. Semakin meningkat kadar alkohol dalam premium, maka daya akan semakin menurun, konsumsi bahan bakar meningkat, efisiensi volumetris menurun, dan efisiensi thermal brake semakin meningkat.

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang pesat, menuntut penggunaan energi seminimal dan seefisien mungkin karena jumlah persediaan energi semakin sedikit. Berbagai energi alternatif saat ini terus diupayakan dan dikembangkan. Selama ini penggunaan energi terbesar adalah pada sektor industri dan transportasi, salah satunya adalah kendaraan bermotor. Seperti diketahui bahwa hanya sebagian kecil energi thermal hasil pembakaran yang diubah menjadi energi mekanik, sedangkan sebagian besar lainnya hilang dalam bentuk kerugian panas buang, kerugian pendinginan, dan kerugian mekanik.

Dewasa ini peranan industri otomotif sangat besar dalam pembangunan di tanah air, khususnya pada bidang transportasi yang ditunjukkan oleh adanya peningkatan permintaan produksi mobil dan sepeda motor. Industri otomotif tidak henti-hentinya melakukan penyempurnaan baik terhadap kenyamanan maupun keselamatan pengguna, nilai ekonomis maupun dampak lingkungan yang ditimbulkannya. Sejalan dengan itu kemajuan teknologi di bidang otomotif membuat orang berpikir dan berusaha untuk mencoba menemukan suatu alat atau melakukan modifikasi dalam segala hal dengan tujuan untuk meningkatkan kinerja mesin.

Proses pembakaran Bahan Bakar Minyak (BBM) dalam silinder berlangsung sangat singkat, sehingga memungkinkan adanya sebagian BBM yang tidak sempat terbakar dan terbuang lewat gas buang dalam bentuk polusi yang

1.2 Batasan Masalah

Karena luasnya permasalahan, penulis merasa perlu untuk membatasi masalah yang akan dibahas dalam laporan ini, mengingat keterbatasan waktu, tempat, kemampuan dan pengalaman.

Adapun hal-hal yang akan dibahas dalam skripsi ini adalah sebagai berikut:

1. Data diambil di Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

2. Mesin yang dipakai adalah mesin bensin 4-langkah 4-silinder (TecQuipment type TD4A 024).

3. Bahan Bakar yang digunakan adalah bensin premium yang dijual di SPBU.

4. Alkohol yang digunakan adalah produk yang dijual di toko kimia / apotek. 5. Alat uji yang digunakan untuk menghitung nilai kalor pembakaran bahan

bakar adalah “Bom Kalorimeter”.

6. Unjuk kerja mesin bensin yang dihitung adalah: − Torsi dan Daya

− Konsumsi bahan bakar spesifik − Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) − Efisiensi Volumetris

− Efisiensi Thermal Brake 1.3 Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana pengaruh variasi penambahan alkohol 96% pada bensin terhadap unjuk kerja motor bensin empat

langkah empat silinder dengan parameter Torsi dan Daya, Konsumsi Bahan Bakar Spesifik, Rasio Udara Bahan Bakar, Efisiensi Volumetris, dan Efisiensi Thermal Brake.

1.4 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan bermanfaat bagi:

1. Mahasiswa yang akan menguji unjuk kerja mesin bensin dengan campuran lainnya.

2. Siapa saja yang ingin memodifikasi mesin bensin miliknya dengan tujuan meningkatkan unjuk kerja mesin.

3. Penulis sendiri, untuk menambah pengetahuan dan pengalaman yang kelak berguna setelah bekerja atau terjun ke lapangan kerja.

1.5 Sistematika Penulisan

Dalam penulisan laporan skripsi ini dibagi dalam 5 (lima) bab yang terdiri dari:

BAB I : PENDAHULUAN

Merupakan pendahuluan yang secara umum memberikan gambaran tentang hal-hal yang melatarbelakangi penelitian ini dilaksanakan, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan laporan.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Dalam bab ini berisi tentang Landasan teori yang diperoleh dari literatur untuk mendukung pengujian.

BAB III : METODOLOGI PENELITIAN

Dalam bab ini berisi tentang metode penelitian, tempat penelitian, Alat dan Bahan yang digunakan, variabel penelitian, prosedur pengujian, dan diagram alir pengujian.

BAB IV : ANALISA DAN HASIL PENGUJIAN.

Dalam bab ini berisi tentang data hasil pengujian, perhitungan, dan analisa terhadap data hasil pengujian.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bagian terakhir ini akan memaparkan hal-hal yang dapat disimpulkan berdasarkan pembahasan sebelumnya beserta saran-saran yang sekiranya dapat diberikan untuk perbaikan dikemudian hari.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Motor Bakar Torak

Motor bakar torak merupakan salah satu jenis penggerak mula yang mengubah energy thermal menjadi energy mekanik. Energy thermal tersebut diperoleh dari proses pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dari udara. Bila tenaga panas pembakaran penghasil kerja berasal dari luar mesin itu sendiri seperti mesin uap, turbin uap disebut motor bakar pembakaran luar (External Combustion Engine). Bila tenaga panas pembakaran penghasil kerja berasal dari dalam mesin disebut mesin pembakaran dalam (Internal Combustion Engine).

Proses pembakaran pada mesin berada dalam ruang bakar dalam silinder. Gas buang hasil pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja yang kemudian menggerakkan torak. Sedangkan torak dihubungkan dengan poros engkol oleh batang penghubung sehingga gerak translasi torak akan menyebabkan gerak rotasi pada poros engkol, begitu juga sebaliknya gerak rotasi pada poros engkol menimbulkan gerak transalasi pada torak.

Hal-hal yang khusus pada mesin pembakaran dalam mesin bensin yaitu selama ini penggunaan energy terbesar adalah pada sektor transportasi, salah satunya adalah kendaraan bermotor. Karena inilah motor bensin menjadi pilihan sebagai tenaga penggerak.

Ditinjau dari proses penyalaan bahan bakar, motor bakar dibedakan menjadi:

a. Motor Bakar Bensin

Pada motor bensin penyalaan bahan bakar disebabkan karena adanya loncatan bunga api listrik dari dua elektroda busi. Campuran antara bensin dan udara dibakar dalam silinder.

b. Motor Bakar Diesel

Pada motor diesel system penyalaan bahan bakar terjadi karena adanya proses kompresi atau penyalaan sendiri, yaitu dengan mengkompresikan udara dalam silinder hingga mencapai suhu nyala bahan bakar, kemudian bahan bakar disemprotkan dalam silinder yang berisi udara bertekanan dan temperature tinggi, sehingga bahan bakar akan terbakar sendiri. Pada mesin diesel atau dinamakan mesin pembakaran kompresi, bahan bakr dicampur udara memasuki silinder mesin. Solar kemudian diinjeksikan pada udara yang panas itu. Udara yang panas akibat proses kompresi akan membakar bahan bakar.

Berdasarkan langkah toraknya, motor bakar torak dibedakan menjadi:

a. Motor Bakar Dua Langkah

Yaitu motor bakar dimana untuk memperoleh satu kali langkah kerja diperlukan dua langkah torak atau satu kali putaran poros engkol

b. Motor Bakar Empat Langkah

Yaitu motor bakar dimana untuk memperoleh satu kali langkah kerja diperlukan empat langkah torak atau dua kali putaran poros engkol.

[Nakoela Sunarta: 2002 : hal. 32]

2.2 Siklus Otto

Siklus ini dapat digambarkan dengan diagram P vs V seperti terlihat pada gambar di bawah ini:

Gambar 2.1 Siklus Otto

Sumber: Arismunandar, W., Penggerak Mula Motor Bakar Torak. 1988. Hal. 15 Proses yang terjadi adalah :

1-2 : Kompresi adiabatic 2-3 : Pembakaran isokhorik

3-4 : Ekspansi / langkah kerja adiabatic 4-1 : Langkah buang isokhorik

Mula-mula campuran udara dan uap bensin mengalir dari karburator menuju silinder pada saat piston bergerak ke bawah (langkah masukan).

Selanjutnya campuran udara dan uap bensin dalam silinder ditekan secara adiabatik ketika piston bergerak ke atas (langkah kompresi atau penekanan). Karena ditekan secara adiabatik maka suhu dan tekanan campuran meningkat. Pada saat yang sama, busi memercikkan bunga api sehingga campuran udara dan uap bensin terbakar. Ketika terbakar, suhu dan tekanan gas semakin bertambah. Gas bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi tersebut memuai terhadap piston dan mendorong piston ke bawah (langkai pemuaian). Selanjutnya gas yang terbakar dibuang melalui katup pembuangan dan dialirkan menuju pipa pembuangan (langkah pembuangan). Katup masukan terbuka lagi dan keempat langkah tersebut diulangi kembali.

Tujuan dari adanya langkah kompresi atau penekanan adiabatik adalah menaikkan suhu dan tekanan campuran udara dan uap bensin. Proses pembakaran pada tekanan yang tinggi akan menghasilkan suhu dan tekanan (P = F/A) yang sangat besar. Akibatnya gaya dorong (F = PA) yang dihasilkan selama proses pemuaian menjadi sangat besar. Mesin motor atau mobil menjadi lebih bertenaga. Walaupun tidak ditekan, campuran udara dan uap bensin bisa terbakar ketika busi memercikkan bunga api. Tapi suhu dan tekanan gas yang terbakar tidak terlalu tinggi sehingga gaya dorong yang dihasilkan juga kecil. Akibatnya mesin menjadi kurang bertenaga.

Proses perubahan bentuk energi dan perpindahan energi pada mesin pembakaran dalam empat langkah di atas bisa dijelaskan seperti ini : Ketika terjadi proses pembakaran, energi potensial kimia dalam bensin + energi dalam udara berubah menjadi kalor alias panas. Sebagian kalor berubah menjadi energi

mekanik batang piston dan poros engkol, sebagian kalor dibuang melalui pipa pembuangan (knalpot). Sebagian besar energi mekanik batang piston dan poros engkol berubah menjadi energi mekanik kendaraan (kendaraan bergerak), sebagian kecil berubah menjadi kalor alias panas sedangkan panas timbul akibat adanya gesekan.

Secara termodinamika, siklus Otto memiliki 4 buah proses termodinamika yang terdiri dari 2 buah proses isokhorik (volume tetap) dan 2 buah proses adiabatis (kalor tetap).

2.3 Prinsip Kerja Motor Bakar Empat Langkah

Motor bakar 4 (empat) langkah adalah bila 1 (satu) kali proses pembakaran bahan bakar memerlukan 4 (empat) langkah gerakan piston dan 2 (dua) kali putaran poros engkol. Siklus motor bakar 4 (empat) langkah adalah sebagai berikut :

a). Langkah Hisap

Proses yang terjadi pada langkah isap adalah :

1. Torak bergerak dari TMA ke TMB.

2. Katup masuk terbuka, katup buang tertutup.

3. Campuran bahan bakar dengan udara yang telah tercampur di dalam karburator, masuk kedalam silinder melalui katup masuk.

4. Saat torak berada di TMB katup masuk akan tertutup.

b). Langkah Kompresi

1. Torak bergerak dari TMB ke TMA.

2. Katub masuk dan katup buang kedua-duanya tertutup sehingga gas yang telah dihisap tidak keluar pada waktu di tekan oleh torak yang mengakibatkan tekanan gas akan naik.

3. Beberapa saat sebelum torak mencapai TMA busi mengeluarkan bunga api listrik.

4. Gas bahan bakar yang telah mencapai tekanan tinggi terbakar.

5. Akibat pembakaran bahan bakar, tekanannya akan naik menjadi kira-kira tiga kali lipat.

c). Langkah Kerja / Ekspansi

Proses yang terjadi pada langkah Kerja (ekspansi) adalah :

1. Saat ini kedua katup masih dalam keadaan tertutup.

2. Gas terbakar dengan tekanan yang tinggi akan mengembang kemudian menekan torak turun ke bawah dari TMA ke TMB.

3. Tenaga ini disalurkan melalui batang penggerak, selanjutnya oleh poros engkol diubah menjadi gerak berputar.

d). Langkah Buang

Proses yang terjadi pada langkah buang adalah :

1. Katup buang terbuka, katup masuk tertutup.

2. Torak bergerak dari TMB ke TMA..

3. Gas hasil sisa pembakaran akan terdorong oleh torak ke luar melalui katup buang.

Kerja motor bakar 4 (empat) langkah dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 2.2 Skema gerakan torak dan katup motor 4 langkah

Sumber: Arismunandar W., Penggerak Mula Motor Bakar Torak, ITB, Bandung, 1994, Hal. 8

2.4 Tinjauan Terhadap Unjuk Kerja Motor Bensin

Pengujian terhadap motor bakar ini adalah untuk mengetahui unjuk kerja dari motor bakar itu sendiri. Motor bakar yang digunakan untuk pengujian dalam penelitian ini adalah motor bensin empat langkah dan unjuk kerja yang dibahas meliputi:

2.4.1 Torsi dan Daya

Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan

torquemeter yang dikopel dengan poros outpun mesin. Oleh karena sifat

torquemeter yang bertindak seolah-olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering disebut sebagai daya rem (Brake Power).

) 1 . 2 ...( ... ... ... ... ... 60 . . 2 T n

P_B = π

dimana: PB = Daya Keluaran (Watt)

n = Putaran mesin (rpm) T = Torsi (N.m)

[ Sumber: Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. Hal. 3-9. ]

2.4.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Spesifik Fuel Consumption, Sfc)

Konsumsi bahan bakar spesifik adalah parameter unjuk kerja mesin yang berhubungan langsung dengan nilai ekonomis sebuah mesin, karena dengan mengetahui hal ini dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah daya dalam selang waktu tertentu. Bila daya rem dalam satuan kW dan laju aliran massa bahan bakar dalam satuan kg/jam, maka:

) 2 . 2 ...( ... ... ... ... ... 103 B f P x m Sfc=

dimana: Sfc = Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (g/kW.h). mf = Laju Aliran Bahan Bakar (kg/jam)

[ Sumber: Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. Hal. 3-20. ]

Besarnya laju aliran massa bahan bakar (mf) dihitung dengan persamaan

berikut: . .10 3600...(2.3) 3 x t V sg m f f f f − =

dimana: sgf = specific gravity.

Vf = volume bahan bakar yang diuji.

tf = waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak

volume uji (detik).

[ Sumber: Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. Hal. 2-7. ]

2.4.3 Perbandingan Udara Bahan Bakar (AFR)

Untuk memperoleh pembakaran sempurna, bahan bakar harus dicampur dengan udara dengan perbandingan tertentu. Perbandingan udara bahan bakar ini disebut dengan Air Fuel Ratio (AFR), yang dirumuskan sebagai berikut:

f a

m m

AFR= ……….………(2.4)

Dimana:

AFR = air fuel ratio

ma = laju aliran massa udara (kg/jam)

[ Sumber: Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. Hal. 3-11. ]

Besarnya laju aliran massa udara (ma) juga diketahui dengan

membandingkan hasil pembacaan manometer terhadap kurva viscous flow meter calibration. Kurva kalibrasi ini dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara 1013 mbar dan temperatur 20 °C. Oleh karena itu, besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi (Cf) berikut:

5 , 2 ) 114 ( 3564 a a a f T T x P x

C = + ………(2.5)

dimana: Pa = tekanan udara (Pa)

Ta = temperatur udara (K)

[ Sumber: Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. Hal. 2-9. ]

2.4.4 Effisiensi Volumetris

Jika sebuah mesin empat langkah dapat menghisap udara pada kondisi isapnya sebanyak volume langkah toraknya untuk setiap langkah isapnya, maka itu merupakan sesuatu yang ideal. Namun hal itu tidak terjadi dalam keadaan sebenarnya, dimana massa udara yang dapat dialirkan selalu lebih sedikit dari perhitungan teoritisnya. Penyebabnya antara lain tekanan yang hilang (losses) pada system induksi dan efek pemanasan yang mengurangi kerapatan udara ketika memasuki silinder mesin. Efisiensi Volumetrik(ηv) dirumuskan dengan persamaan berikut: ) 6 . 2 ...( ... ... torak langkah volume sebanyak udara Berat terisap yang segar udara Berat v = η ) 7 . 2 ...( ... ... ... ... 2 . 60 n m terisap yang segar udara

Berat = a

) 8 . 2 ...( ... ... ... . _S a V torak langkah sebanyak udara

Berat =ρ

Dengan mensubstitusikan persamaan di atas, maka besarnya effisiensi volumetris: ) 9 . 2 ....( ... ... ... ... ... ... ... ... . 1 . . 60 . 2 S a a v V n m ρ η =

dimana: ρa = kerapatan udara (kg/m3) Vs = volume langkah torak (m3)

[ Sumber: Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. Hal. 3-13. ]

Diasumsikan udara sebagai gas ideal sehingga massa jenis udara dapat diperoleh dari persamaan berikut:

) 10 . 2 ...( ... ... ... ... ... ... ... ... . _a a a T R P = ρ

dimana: R = konstanta gas (untuk udara = 29,3 kg.m/kg.K)

[ Sumber: Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. Hal. 3-12. ]

2.4.5 Effisiensi Thermal Brake

Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston karena sejumlah energi hilang akibat adanya rugi-rugi mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini sering disebut sebagai Efisiensi Thermal Brake (Brake Thermal

Efficiency, ηb)

) 11 . 2 ...( ... ... ... ... ... masuk yang panas Laju Aktual Keluaran Daya b = η

Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut:

) 12 . 2 ...( ... ... ... ... ... ... ... ... .LHV m

Q= _f

Jika daya keluaran (PB) dalam satuan kW, laju aliran bahan bakar mf dalam

satuan kg/jam, maka:

) 13 . 2 ...( ... ... ... ... ... ... 3600 . .LHV m P f B b = η

[ Sumber: Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. Hal. 3-19. ]

2.5 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. Berdasarkan 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 Bom Kalorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hydrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Data yang diperoleh dari hasil pengujian Bom Kalorimeter adalah temperature air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan. Selanjutnya untuk menghitung nilai kalor atas, dapat dihitung dengan persamaan berikut:

Dimana:

HHV = Nilai Kalor Atas (kJ/kg)

T1 = Temperatur air pendingin sebelum penyalaan (°C)

T2 = Temperatur air pendingin sesudah penyalaan (°C)

Cv = Panas Jenis Bom Kalorimeter (73529.6 kJ/kg°C)

Tkp = Kenaikan temperature akibat kawat penyala (0.05 °C)

[ Sumber :

Sedangkan nilai kalor bawah dihitung dengan persamaan berikut:

LHV = HHV – 3240 ………. (2.15)

[ Sumber :

2.6 Alkohol

Alkohol adalah bahan bakar yang dapat diperbaharui yang dapat diproduksi dengan cara fermentasi material biomassa, seperti tebu, singkong dan jagung. Campuran alkohol dan bensin sangat bagus sebagai bahan bakar untuk mesin motor bakar karena mempunyai nilai oktan yang lebih tinggi dan emisi gas buang yang kecil. Banyak industry otomotif telah mengembangkan campuran bensin dengan alcohol 15% yang dikenal dengan E85, Campuran lebih rendah seperti E10 (10% alcohol) banyak digunakan pada dunia komersil.

Keuntungan menggunakan alkohol adalah memiliki sifat pencampuran yang baik dengan bensin, mempunyai kadar oksigen yang tinggi yang diperlukan

dalam proses pembakaran sehingga akan mengurangi pencemaran udara dan bahan pembuat alkohol sangat mudah diperoleh. Namun alkohol juga memiliki kekurangan antara lain nilai kalor yang dikandung jauh lebih rendah daripada bensin, tekanan uap yang tinggi dan daya hidrokopisnya yang tinggi juga.

Ditinjau dari nilai kalor, etanol lebih kecil daripada nilai kalor dari bensin premium, sehingga energi yang dihasilkan dari proses pembakaran akan lebih kecil daripada bensin premium. Namun dalam etanol terkandung banyak oksigen sehingga proses pembakaran akan menjadi lebih sempurna dan menghasilkan emisi gas buang yang lebih baik daripada bensin premium.

[ Sumbe

2.7 Angka Oktan

Angka oktan adalah angka yang menunjukkan seberapa besar tekanan yang bisa diberikan sebelum bensin terbakar secara spontan. Di dalam mesin, campuran udara dan bensin (dalam bentuk gas) ditekan oleh pison sampai dengan volume yang sangat kecil dan kemudian dibakar oleh percikan api yang dihasilkan busi. Karena besarnya tekanan ini, campuran udara dan bensin juga bisa terbakar secara spontan sebelum percikan api dari busi keluar. Jika campuran gas ini terbakar karena tekanan yang tinggi (dan bukan karena percikan api dari busi), maka akan terjadi knocking atau ketukan di dalam mesin. Knocking ini akan menyebabkan mesin cepat rusak, sehingga sebisa mungkin harus dihindari.

Untuk mendapatkan nilai angka oktan dari bensin yang cukup tinggi dapat dilakukan dengan beberapa cara:

a. Memilih minyak bumi dengan kandungan aromat yang cukup tinggi dalam trayek didih gasoline.

b. Meningkatkan kandungan aromatic melalui pengolahan reformasi atau alkana bercabang dengan alkilasi atau isomerasasi atau olefin bertitik didik rendah.

c. Menggunakan komponen beroktan tinggi sebagai bahan ramuan seperti alkohol atau eter.

d. Menambahkan aditif peningkat angka oktan. [Sumber:

2.8 Analisa Kesalahan / Ketakpastian dengan Metode Kline dan Mc Clintock

Analisa ini didasarkan perhitungan teoritis, dengan asumsi bahwa nilai penyimpangan data akibat toleransi peralatan (hasil pengukuran), dimana secara matematik dianggap seluruh data hasil pengukuran memberikan penyimpangan maksimum atau minimum.

Misalnya hasil pengukuran besarnya Daya yang yang dihasilkan masing-masing pengujian dengan menggunakan bahan bakar Premium, PA-5, PA-7, dan PA-9 adalah :

T n P_B

60 . . 2π =

Dimana : P = Daya n = Putaran T = Torsi

Toleransi untuk tiap alat ukur yang digunakan:

 Toleransi Torquemeter = ± 3% (Process Measurement and Analysis, hal. 1051)

 Toleransi Tachometer = ± 0.01 % (Process Measurement and Analysis, hal 1038)

Maka untuk mencari Ketakpastian dapat dihitung dengan:

) 16 . 2 ( ... ... ... ... ]

) (

) (

[ 2 _T 2 1/2

P xW

T P Wn

x n P W

∂ ∂ + ∂

∂ =

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Metode Penelitian

Metode penelitian merupakan cara ilmiah yang dilakukan untuk mengumpulkan data dengan tujuan tertentu, diantaranya untuk menguji kebenaran suatu penelitian. Dalam penelitian ini, penulis menggunakan metode eksperimen. Pemilihan metode ini disesuaikan dengan tujuan yang ingin dicapai, yaitu membandingkan unjuk kerja mesin yang meliputi Torsi dan Daya, Konsumsi Bahan Bakar Spesifik, Rasio Udara Bahan Bakar, Efisiensi volumetris, dan Efisiensi Thermal Brake pada Mesin Bensin Empat Langkah dengan menggunakan bahan bakar bensin murni tanpa alcohol dengan bahan bakar bensin murni dicampur alkohol 96 % dengan presentase 5%, 7% dan 9%.

3.2 Tempat dan Waktu Penelitian

Pengujian dilakukan di laboratorium motor bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU selama kurang lebih 2 minggu (26 November 2012 – 8 Desember 2012).

3.3 Alat dan Bahan 3.3.1 Alat

Alat yang dipakai dalam penelitian ini adalah:

1. Mesin Bensin 4 langkah 4 silinder (TecQuipment Type TD4A 024) merupakan mesin uji yang digunakan untuk mendapatkan unjuk kerja motor bakar bensin.

2. Bom Kalorimeter untuk menghitung nilai kalor bahan bakar.

Gambar 3.2 Bom Kalorimeter Keterangan:

1. Tabung Gas Oksigen 2. Termometer

3. Elektrometer 4. Kalorimeter 5. Tabung Bom

3. Alat bantu perbengkelan, seperti: kunci pas, kunci Inggris, kunci Ring, kunci L, obeng, tang, palu, dll.

4. Stopwatch untuk menentukan waktu yang dibutuhkan mesin uji untuk menghabiskan bahan bakar dengan volume sebanyak 50 ml.

5. Termometer untuk menghitung perubahan suhu yang terjadi antara masuk dan setelah keluar air cooler.

3.3.2 Bahan

Bahan yang digunakan dalam pengujian ini adalah:

1. Bahan Bakar Premium Murni

2. Alkohol yang digunakan adalah produk yang dijual di toko kimia / apotek.

Gambar 3.4 Alkohol 96%

3. Campuran Premium murni dengan alkohol seperti rincian berikut:

 95% Premium murni + 5% Alkohol 96%

 93% Premium murni + 7% Alkohol 96%

 91% Premium murni + 9% Alkohol 96%

Dasar pemilihan variasi penambahan alkohol 5%, 7% dan 9% tersebut adalah untuk memperoleh hasil nilai kalor bahan bakar yang tidak memliki selisih terlalu jauh. Karena apabila nilai kalor bahan bakar memiliki selisih terlalu jauh akan menyebabkan specific gravity memiliki perbedaan yang signifikan dan menyebabkan data yang diperoleh dari penelitian tersebut kurang efisien.

3.4 Variabel Penelitian

Variabel yang diukur pada penelitian ini adalah:

a. Variabel Bebas

Variabel bebas adalah variabel yang berfungsi mempengaruhi variabel lain, jadi secara bebas berpengaruh terhadap nilai variabel lain. Dalam penelitian ini berupa penambahan alkohol 96% pada bensin murni sebanyak 5%, 7%, 9%.

b. Variabel Terikat

Variabel terikat adalah kondisi atau karakteristik yang berubah atau muncul ketika peneliti mengganti variabel bebas. Menurut fungsinya variabel ini dipengaruhi nilainya oleh variabel lain. Dalam penelitian ini variabel terikatnya adalah:

 Torsi (T) dan Daya (PB)

 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Sfc)

 Rasio Udara Bahan Bakar (AFR)

 Efisiensi Volumetris (ηv)

 Efisiensi Thermal Brake (ηb)

c. Variabel Kendali

Variabel Kendali adalah variabel yang dikendalikan atau dibuat konstan sehingga pengaruh variabel bebas terhadap variabel terikat tidak dipengaruhi oleh faktor luar yang tidak diteliti. Dalam penelitian ini

variabel kendali berupa putaran yang akan direduksi, yaitu 1500 rpm kemudian dideduksi sampai putaran 3500 rpm dengan interval kenaikan putaran 500 rpm.

[ Sumber :

3.5 Prosedur Pengujian

3.5.1 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar

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

Peralatan yang digunakan meliputi:

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

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

− Thermometer, dengan akurasi pembacaan skala 0.01°C.

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

− Pengatur penyala (busur nyala), untuk menyalakan bahan bakar yang diuji. − Cawan, untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom.

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

Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Mengisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang 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 di atas permukaan bahan bakar yang berada di dalam cawan dengan menggunakan pinset.

4. Meletakkan tutup bom yang telah dipasangi kawat penyala dan cawan berisi bahan bakar pada tabungnya serta dikunci dengan ring “O” 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 ke dalam tabung kalorimeter.

8. Menghubungkan tangkai penyala penutup bom ke kabel sumber arus listrik.

9. Menutup kalorimeter dengan penutupnya yang dilengkapi dengan pengaduk.

11. Menempatkan thermometer melalui lubang pada tutup kalorimeter.

12. Menghidupkan elektromotor selama 5 (lima) menit kemudian membaca dan mencatat temperature air pendingin pada thermometer.

13. Menyalakan kawat penyala dengan menekan saklar.

14. Memastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan memperhatikan lampu indicator selama electromotor terus bekerja.

15. Membaca dan mencatat kembali temperature air pendingin setelah 5 (lima) menit dari penyalaan berlangsung.

16. Mematikan electromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk pengujian berikutnya.

17. Mengulang pengujian sebanyak 5 (lima) kali berturut-turut.

3.5.2 Prosedur Pengujian Unjuk Kerja Motor Bensin

Mesin yang digunakan dalam pengujian ini adalah Mesin bensin 4 langkah 4 silinder (TecQuipment type TD4A 024).

Spesifikasi TD4A 024 4-Stroke Gasoline Engine adalah: Type : TecQuipment TD4A 024

Tahun Pembuatan : 1989

Perbandingan Kompresi : 10 : 1

Kapasitas : 107 inch3 (1.76 liter) Valve type clearance : 0.012 inch (0.3 mm) dingin Firing Order : 1-3-4-2

Mesin ini juga dilengkapi dengan TD4A 024 Instrumentation Unit dengan Spesifikasi sebagai berikut:

Fuel Tank Capacity : 10 liters

Fast Flow Pipette : Graduated in 8 ml, 16 ml and 32 ml Tachometre : 0-5000 rpm

Torquemetre : 0-80 Nm Exhaust Temperature Metre : 0-1200°C

Air Flow Manometre : Calibrated 0-40 mm water gauge

Pada pengujian ini yang akan diteliti adalah performansi motor bensin. Pengujian ini dilakukan pada 5 tingkatan putaran yaitu 1500, 2000, 2500, 3000 dan 3500 dengan beban 10 kg.

Sebelum pengujian dilakukan, terlebih dahulu dilakukan pengkalibrasian terhadap torquemetre yang terdapat pada instrumentasi mesin uji dengan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Menghubungkan unit instrumentasi mesin ke sumber arus listrik. 2. Memutar tombol span searah jarum jam sampai posisi maksimum. 3. Mengguncangkan/menggetarkan mesin pada bagian lengan beban. 4. Memutar tombol zero, hingga jarum torqumetre menunjukkan angka nol.

5. Memastikan bahwa penunjukkan angka nol oleh torquemetre telah akurat dengan mengguncangkan mesin kembali.

6. Menggantung beban sebesar 10 kg pada lengan beban.

7. Mengguncangkan/menggetarkan mesin sampai posisi jarum torquemetre menunjukkan angka yang tetap.

8. Melepaskan beban dari lengan beban.

Pengkalibrasian ini dilakukan setiap kali akan dilakukan pengujian sebelum mesin dihidupkan. Setelah dilakukan pengkalibrasian, maka pengujian dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Menghidupkan pompa air pendingin dan memastikan sirkulasi air pendingin mengalir dengan lancar melalui mesin.

2. Menghidupkan mesin dengan cara memutar starter, memanaskan mesin selama 10 menit pada putaran rendah (± 1500 rpm)

3. Mengatur putaran mesin pada 1500 rpm dengan menggunakan tuas kecepatan dan memastikannya melalui pembacaan tachometre.

4. Menggantung beban sebesar 10 kg pada lengan beban.

5. Menutup saluran bahan bakar dari tangki dengan memutar katup saluran bahan bakar sehingga permukaan bahan bakar di dalam pipette turun.

6. Mencatat waktu yang dibutuhkan mesin untuk menghabiskan 50 ml bahan bakar dengan menggunakan stopwatch dengan memperhatikan ketinggian permukaan bahan bakar di dalam pipette.

7. Mencatat torsi melalui pembacaan torquemetre, temperature gas buang melalui exhaust temperature metre, tekanan udara masuk melalui air flow manometer dan temperature air masuk dan keluar melalui thermometer.

8. Membuka katup bahan bakar sehingga pipette kembali terisi oleh bahan bakar yang bersal dari tangki.

9. Mengulang pengujian untuk variasi putaran 2000 rpm, 2500 rpm, 3000 rpm, 3500 rpm dan variasi bahan bakar Bensin murni dengan bensin yang sudah dicampur alkohol.

3.6 Diagram Alir Pengujian

3.6.1 Diagram Alir Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar

Gambar 3.5 Diagram Alir Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar Mulai

•Berat sampel bahan bakar 0,20 gr. •Volume air pendingin: 1250 ml •Tekanan oksigen 30 bar

Melakukan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit.

Mencatat temperature air pendingin T1 (°C)

Menyalakan bahan bakar

Melanjutkan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit

Mencatat kembali temperature air pendingin T2 (°C)

Menghitung HHV bahan bakar:

HHV = (T2 – T1 – Tkp) x Cv x 1000 (J/kg)

A B

A B

Pengujian = 5 kali

) / ( 5 5 1 kg J HHV

HHV i i

rata rata

∑

= − = Selesai

3.6.2 Diagram Alir Pengujian Unjuk Kerja Motor Otto

Tidak

Ya

Gambar 3.6 Diagram Alir Pengujian Unjuk Kerja Motor Otto Mulai

Persiapan Peralatan Pengujian

Melakukan Pengujian dengan variasi Putaran 1500, 2000, 2500, 3000, 3500

(rpm) dan beban 10 kg.

Pencatatan Data Hasil Pengujian dari Pembacaan Instrumentasi, meliputi: Torsi, Waktu menghabiskan bahan bakar,

aliran udara, temperatur air masuk dan keluar, temperatur gas buang dan rotameter.

Sudah selesai Pengujian dengan semua variasi bahan bakar.

Pengolahan Data: Torsi dan Daya

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Rasio Udara Bahan Bakar (AFR)

Efisiensi Volumetris Efisiensi Thermal Brake

BAB IV

ANALISA DAN HASIL PENGUJIAN

Untuk memudahkan memahami semua perhitungan pada Bab 4 ini, ada baiknya setiap bahan bakar yang diuji diberikan simbol atau pun lambang yang mudah dipahami, yaitu:

 Bahan Bakar 100% Premium, tetap Premium

 Bahan Bakar 95% Premium dicampur 5% Alkohol 96%, disingkat PA-5

 Bahan Bakar 93% Premium dicampur 7% Alkohol 96%, disingkat PA-7

 Bahan Bakar 91% Premium dicampur 9% Alkohol 96%, disingkat PA-9

4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar

Besarnya nilai kalor yang dihasilkan dari masing-masing pengujian baik dengan menggunakan bahan bakar “Premium”, “PA-5”, “PA-7” dan “PA-9” dapat dihitung dengan persamaan berikut:

HHV = (T2 – T1 – Tkp) x Cv (kJ/kg)

Dimana:

HHV = Nilai Kalor Atas (High Heating Value)

T1 = Temperatur air pendingin sebelum dinyalakan (°C) T2 = Temperatur air pendingin sesudah penyalaan (°C) Tkp = Kenaikan temperature akibat kawat penyala (0.05 °C) Cv = Panas jenis bom kalorimeter (73529.6 kJ/kg °C)

 Pada pengujian pertama bahan bakar Premium, diperoleh:

T1 = 26.25 °C

T2 = 26.93 °C

Maka, HHV (Premium) = (26.93 – 26.25 – 0.05) x 73529.6

= 46323.648 kJ/kg

 Pada pengujian pertama bahan bakar PA-5, diperoleh:

T1 = 25.22 °C

T2 = 25.84 °C

Maka, HHV (PA-5) = (25.84 – 25.22 – 0.05) x 73529.6

= 41911.872 kJ/kg

 Pada pengujian pertama bahan bakar PA-7, diperoleh:

T1 = 25.42 °C

T2 = 26.01 °C

Maka, HHV (PA-7) = (26.01 – 25.42 – 0.05) x 73529.6

= 39705.984 kJ/kg

 Pada pengujian pertama bahan bakar PA-9, diperoleh:

T1 = 25.52 °C

Maka, HHV (PA-9) = (25.94 – 25.52 – 0.05) x 73529.6

= 27205.952 kJ/kg

Cara perhitungan yang sama dilakukan untuk menghitung nilai kalor pada pengujian kedua hingga kelima. Selanjutnya untuk memperoleh harga nilai kalor rata-rata bahan bakar digunakan persamaan berikut ini:

) / ( 5 5

1 _{kJ kg}

HHV

HHV i

i rata

rata

∑

=

− =

Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan serta hasil perhitungan untuk nilai kalor pada pengujian pertama hingga kelima dan nilai kalor rata-rata dengan menggunakan bahan bakar “Premium”, “PA-5”, “PA-7”, dan “PA-9” dapat dilihat pada tabel 4.1 berikut:

Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian dan Perhitungan Bom Kalorimeter. Bahan Bakar No. Pengujian T1 (°C)

T2 (°C) HHV

(Kj/kg)

HHV rata – rata

(kJ/kg)

Premium

1 26.25 26.93 46323.648

47206.003 2 27.12 27.82 47794.24

3 28.95 29.64 47058.944 4 24.62 25.33 48529.536 5 25.45 26.13 46323.648

PA-5

1 25.22 25.84 41911.872

42205.990 2 26.03 26.67 43382.464

3 26.79 27.39 40441.28 4 27.48 28.10 41911.872 5 28.24 28.88 43382.464

PA-7

1 25.42 26.01 39705.984

38970.688 2 26.23 26.82 39705.984

3 26.98 27.55 38235.392 4 27.73 28.31 38970.688 5 28.49 29.06 38235.392

PA-9

1 25.52 25.94 27205.952

28676.544 2 26.11 26.53 27205.952

3 26.66 27.12 30147.136 4 27.29 27.75 30147.136 5 27.96 28.40 28676.544

Untuk HHV alkohol diperoleh 29620 kj/kg.

Perbandingan nilai kalor atas atau High Heating Value (HHV) dari masing-masing jenis bahan bakar dapat dilihat pada gambar 4.1 di bawah ini:

Gambar 4.1 Grafik hasil pengujian Bom Kalorimeter

Nilai kalor bahan bakar menunjukkan energi yang dilepaskan pada proses pembakaran bahan bakar per satuan massanya. Dari gambar 4.1 di atas, dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi kadar alkohol dalam campuran premium alkohol, maka nilai kalor atas bahan bakar semakin menurun. Jadi nilai kalor atas bahan bakar Premium campuran Alkohol 96% lebih rendah daripada nilai kalor atas bahan bakar premium murni. Sehingga energi yang dihasilkan oleh bahan bakar premium murni pada suatu proses pembakaran akan lebih tinggi dibandingkan dengan bahan bakar premium campuran alkohol 96%.

4.2 Pengujian Unjuk Kerja Motor Bakar Bensin

Data yang diperoleh berdasarkan hasil pembacaan langsung alat uji mesin bensin 4 langkah 4 silinder (TecQuipment type TD4A 024) melalui unit instrumentasi dan perlengkapan yang digunakan pada saat pengujian antara lain:

 Torsi (N.m) melalui Torquemeter.

 Putaran (rpm) melalui Tachometer.

 Tinggi kolom udara (mm H2O), melalui pembacaan Air Flow Manometer.

 Temperatur air masuk (°C), melalui pembacaan thermometer.

 Temperatur air keluar (°C), melalui pembacaan thermometer.

 Waktu untuk menghabiskan 50 ml bahan bakar (s), melalui pembacaan stopwatch.

4.2.1 Torsi

Besarnya torsi yang dihasilkan berdasarkan hasil pembacaan unit instrumentasi dari masing-masing pengujian baik dengan menggunakan bahan bakar premium, PA-5, PA-7, dan PA-9 pada kondisi putaran yang berbeda-beda dapat dilihat pada tabel sebagai barikut:

Tabel 4.2 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi untuk bahan bakar premium pada putaran yang bervariasi dan beban 10 kg.

Bahan Bakar Premium Hasil Pembacaan Unit

Instrumentasi

Putaran (rpm)

1500 2000 2500 3000 3500

Torsi (N.m) 33.9 28.3 28.7 26.7 26.4

Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar (s) _{69 60 51 47 43}

Aliran udara (mm H2O) 19.7 25.9 31 34.8 40

Tabel 4.3 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi untuk bahan bakar PA-5 pada putaran yang bervariasi dan beban 10 kg.

Bahan Bakar PA-5 Hasil Pembacaan Unit

Instrumentasi

Putaran (rpm)

1500 2000 2500 3000 3500

Torsi (N.m) 31.9 27.1 25.8 24.1 23.3

Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar (s) _{68.5 58.5 49 44 39}

Aliran udara (mm H2O) 18.4 24.1 29.2 34.6 39.9

Tabel 4.4 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi untuk bahan bakar PA-7 pada putaran yang bervariasi dan beban 10 kg .

Bahan Bakar PA-7 Hasil Pembacaan Unit

Instrumentasi

Putaran (rpm)

1500 2000 2500 3000 3500

Torsi (N.m) 30 26.2 23.4 21.6 20.2

Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar (s) _{67 58 48 42.5 36.5}

Aliran udara (mm H2O) 18.1 23.9 29.1 34.3 39.7

Tabel 4.5 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi untuk bahan bakar PA-9 pada putaran yang bervariasi dan beban 10 kg.

Bahan Bakar PA-9 Hasil Pembacaan Unit

Instrumentasi

Putaran (rpm)

1500 2000 2500 3000 3500

Torsi (N.m) 28.6 24.4 22.1 18.5 17

Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar (s) _{66.5 56 46 42 35}

Aliran udara (mm H2O) 17.9 23.5 28.8 34.1 38.9

Perbandingan besar torsi untuk masing – masing pengujian pada setiap variasi putaran dapat dilihat pada grafik dibawah ini:

Gambar 4.2 Grafik Torsi vs Putaran

Berdasarkan gambar 4.2 maka dapat dilihat, torsi yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium murni masih lebih unggul dibandingkan dengan torsi yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium campuran alkohol 96%. Torsi maksimum yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium terjadi pada putaran 1500 rpm yaitu sebesar 33,9 Nm.

Sedangkan torsi maksimum yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium campuran alkohol 96% dirincikan sebagai berikut:

 Torsi dari bahan bakar PA-5 adalah 31,9 Nm pada putaran 1500 rpm.

 Torsi dari bahan bakar PA-7 adalah 30 Nm pada putaran 1500 rpm.

 Torsi dari bahan bakar PA-9 adalah 28,6 Nm pada putaran 1500 rpm. Torsi mesin akan semakin berkurang apabila kadar alkohol 96% dalam premium tersebut semakin meningkat. Hal ini disebabkan karena besarnya torsi sangat dipengaruhi oleh energi hasil pembakaran bahan bakar. Dimana besarnya

energi hasil pembakaran bahan bakar dipengaruhi oleh nilai kalor bahan bakar. Nilai kalor bahan bakar premium murni lebih besar jika dibandingkan dengan nilai kalor bahan bakar premium campuran alkohol 96%, sehingga torsi yang dihasilkan oleh bahan bakar premium lebih besar daripada torsi yang dihasilkan bahan bakar premium campuran alkohol. Putaran mesin juga berpengaruh terhadap torsi. Akibat putaran mesin yang meningkat maka torsi akan semakin berkurang.

4.2.2 Daya

Besarnya daya yang dihasilkan dari masing-masing pengujian baik dengan menggunakan bahan bakar premium, PA-5, PA-7dan PA-9 pada tiap kondisi putaran yang bervariasi dapat dihitung dengan persamaan (2.1) sebagai berikut:

T n P_B

60 . . 2π =

Dimana : PB = daya keluaran (watt)

n = putaran (rpm)

T = torsi (N.m)

Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar PA-5 pada beban 10 kg dan putaran 1500 rpm. Maka besar daya yang diperoleh:

9 . 31 60

1500 . . 2

x

P_B = π

Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian pada putaran yang bervariasi dan beban 10 kg, maka hasil perhitungan daya untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Daya Putaran

(rpm)

Daya (kW)

Premium PA-5 PA-7 PA-9

1500 5,321 5,015 4,712 4,490

2000 5,930 5,683 5,479 5,117

2500 7,511 6,752 6,131 5,782

3000 8,397 7,569 6,796 5,804

3500 9,665 8,545 7,405 6,241

Perbandingan besarnya daya untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi putaran dapat dilihat pada grafik berikut ini:

Berdasarkan gambar 4.3 di atas dapat dilihat, daya yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium murni masih lebih tinggi dibandingkan dengan daya yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium campuran alkohol 96%. Daya maksimum yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium terjadi pada putaran 3500 rpm yaitu sebesar 9.665 kW.

Sedangkan daya maksimum yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium campuran alkohol 96% dirincikan sebagai berikut:

 Daya maksimum dari bahan bakar PA-5 adalah 8.545 kW pada putaran 3500 rpm.

 Daya maksimum dari bahan bakar PA-7 adalah 7.405 kW pada putaran 3500 rpm.

 Daya maksimum dari bahan bakar PA-9 adalah 6.241 kW pada putaran 3500 rpm.

Peningkatan kadar alkohol dalam campuran bahan bakar akan menurunkan daya mesin. Hal ini disebabkan karena nilai kalor bahan bakar Premium campuran alkohol lebih rendah daripada Premium murni. Besar kecilnya daya mesin juga bergantung pada besar kecil torsi yang didapat. Semakin kecil torsi maka daya mesin akan semakin kecil dan sebaliknya.

Daya yang dihasilkan mesin dipengaruhi oleh putaran poros engkol yang terjadi akibat dorongan piston yang dihasilkan karena adanya pembakaran bahan bakar dengan udara. Jika konsumsi bahan bakar dan udara diperbesar maka akan semakin besar pula daya yang dihasilkan mesin. Semakin cepat poros engkol berputar maka akan semakin besar daya yang dihasilkan.

4.2.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Sfc)

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Spesific fuel consumption, Sfc) dari masing-masing pengujian pada tiap variasi putaran dihitung dengan menggunakan persamaan (2.2) berikut:

Pe x m Sfc f 3 10 =

dimana: Sfc = Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (g/kW.h). mf = Laju Aliran Bahan Bakar (kg/jam)

Besarnya laju aliran massa bahan bakar (mf) dihitung dengan persamaan

(2.3) berikut: 3600 10 . . 3 x t V sg m f f f f − =

dimana: sgf = specific gravity.

Vf = volume bahan bakar yang diuji.

tf = waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume

uji (detik).

Harga sgf untuk alkohol adalah 0.79 dan harga sgf untuk premium adalah

0.72 [lampiran], sedangkan untuk bahan bakar yang merupakan campuran antara premium dan alkohol, harga sgf nya dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan pendekatan berikut ini:

sgf PAxx = (%PA x 0.79) + (%P x 0.72)

%PA = persentase kandungan alkohol dalam bahan bakar campuran %P = persentase kandungan premium dalam bahan bakar campuran.

Untuk bahan bakar PA-5 dengan persentase alkohol 5% dan premium 95%, maka:

sgf (PA-5) = (0.05 x 0.79) + (0.95 x 0.72)

= 0.7235

Dengan memasukkan harga sgf = 0.7235; harga tf yang diambil dari pengujian (tabel 4.3) dan harga Vf yaitu sebesar 50 ml, maka laju aliran bahan bakar untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar PA-5, pada beban 10 kg dan putaran 1500 rpm adalah:

3600 5 . 68 10 50 7235 . 0 3 x x x m_f − =

= 1.901 kg/jam

Dengan diperolehnya besar laju aliran bahan bakar, maka besar konsumsi bahan bakar spesifiknya adalah:

Pe x m Sfc f 3 10 = 015 . 5 10 901 .

1 x 3 =

Dengan cara yang sama untuk masing-masing pengujian pada putaran yang bervariasi dan beban 10 kg, maka hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Sfc)

Putaran (rpm)

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Sfc)

Premium PA-5 PA-7 PA-9

1500 278.717 281.462 287.592 289.609 2000 277.242 281.202 283.356 290.986 2500 275.746 281.164 283.686 289.497 3000 274.246 278.677 278.432 284.928 3500 273.114 276.064 278.609 282.291

Perbandingan harga Sfc untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi putaran dapat dilihat pada gambar 4.4 berikut:

Berdasarkan gambar 4.4 di atas, maka diperoleh Sfc maksimum pada masing-masing bahan bakar seperti berikut ini:

 Bahan Bakar Premium, diperoleh Sfc maksimum pada putaran 1500 rpm yaitu sebesar 278.717 gr/kWh.

 Bahan Bakar PA-5, diperoleh Sfc maksimum terjadi pada putaran 1500 rpm yaitu sebesar 281.462 gr/kWh.

 Bahan Bakar PA-7, diperoleh Sfc maksimum terjadi pada putaran 1500 rpm yaitu sebesar 287.592 gr/kWh.

 Bahan Bakar PA-9, diperoleh Sfc maksimum terjadi pada putaran 2000 rpm yaitu sebesar 290.986 gr/kWh.

Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) adalah banyaknya bahan bakar yang digunakan untuk menghasilkan daya efektif tiap jamnya sehingga konsumsi bahan bakar spesifik ini dapat digunakan untuk mengukur tingkat keekonomisan dari mesin, sehingga semakin rendah nilai Sfc maka mesin tersebut akan semakin ekonomis.

Dari data di atas ada juga kecenderungan besarnya Sfc ini juga dipengaruhi oleh Nilai Kalor Bahan Bakar (lihat tabel 4.1), semakin besar nilai kalor bahan bakar maka Sfc nya semakin kecil dan sebaliknya.

4.2.4 Rasio Udara Bahan Bakar (AFR)

Rasio bahan bakar (Air Fuel Ratio) dari masing-masing pengujian dihitung berdasarkan persamaan (2.4) berikut:

f a m m AFR= Dimana:

AFR = air fuel ratio ma = laju aliran udara

Besarnya laju aliran udara (ma) diperoleh dengan membandingkan

besarnya tekanan udara masuk yang telah diperoleh melalui pembacaan air flow manometer terhadap kurva viscous flow metre calibration.

Pada pengujian ini, dianggap tekanan udara (Pa) sebesar 100 kPa (1 bar) dan temperature (Ta) sebesar 27°C. Kurva kalibrasi dibawah dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara 1013 mb dan temperature 20°C, maka besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi persamaan (2.5) berikut: 5 , 2 ) 114 ( 3564 a a a f T T x P x

C = +

5 , 2 ) 273 27 ( ) 114 ) 273 27 [( 1 3564 + + + = x x = 0.946531123

Gambar 4.5 Kurva Viscous Flow Meter Calibration

Sumber: [ Manual Book of TD 110 – 115 Test Bed Instrumentation for Small Enginess, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. Hal. 2-9 ]

Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar premium dicampur alkohol 5% atau PA-5 yang menggunakan beban 10 kg dan putaran 1500 rpm, tekanan udara masuknya adalah 18.4 mm H2O (Tabel 4.3). Dari kurva kalibrasi

diperoleh laju aliran massa udara untuk tekanan udara masuk = 10 mm H2O

adalah sebesar 11.38 kg/jam, sehingga untuk tekanan udara masuk = 18.4 mm H2O diperoleh laju aliran massa udara sebesar 20.94 kg/jam, setelah dikalikan

faktor koreksi (Cf), maka laju aliran massa udara yang sebenarnya:

ma = 20.94 x 0.946531123

= 19.82 kg/jam.

To correct for other temperatures and pressures, multiply air mass flow by:

5 , 2 ) ( ) 114 ( 3564 T T

P_a +

Where P, is atmospheric pressure (mb) and T is ambient temperature (K)

Viscous Flowmeter Calibration Mini-Engine Range 15 30 20 10 0 5 10 40 20 25 30 35 A ir m as s f lo w a

1 1013 m

b a nd 20° C kg/ ja m

Dengan cara perhitungan yang sama, maka diperoleh besar laju aliran massa udara (ma) untuk masing-masing pengujian pada tiap variasi putaran.

Dengan diperolehnya harga laju aliran massa bahan bakar, maka dapat dihitung besarnya rasio udara bahan bakar (AFR).

Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar PA-5, pada beban 10 kg dan putaran 1500 rpm yaitu:

901 . 1

82 . 19 = AFR

= 10.43

Dengan cara yang sama untuk setiap pengujian, pada putaran yang bervariasi dan beban 10 kg, maka hasil perhitungan perbandingan udara bahan bakar (AFR) untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel di bawah ini:

Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Perbandingan Udara-Bahan Bakar (AFR)

Putaran (rpm)

Perbandingan Udara-Bahan Bakar (AFR)

Premium PA-5 PA-7 PA-9

1500 11.30 10.43 10.01 9.81

2000 12.92 11.66 11.45 10.85

2500 13.14 11.83 11.53 10.92

3000 13.60 12.60 12.03 11.80

3500 14.30 12.87 11.97 11.22

Perbandingan besarnya AFR untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi putaran dapat dilihat pada gambar grafik berikut ini:

Gambar 4.6 Grafik AFR vs Putaran

Berdasarkan gambar 4.6 di atas dapat dilihat, AFR tertinggi dari premium terjadi pada putaran 3500 rpm sebesar 14.30. Pada putaran yang sama, AFR untuk PA-5 adalah 12.87, AFR untuk PA-7 adalah 11.97 dan AFR untuk PA-9 adalah 11.22. Semua AFR pada bahan bakar campuran alkohol PA-5, PA-7, dan PA-9 tersebut ternyata lebih rendah daripada AFR Premium.

Perbandingan udara bahan-bakar semakin menurun seiring meningkatnya kadar alkohol. Hal ini disebabkan karena dengan bertambahnya alkohol 96%, maka daya akan semakin menurun. Daya yang menurun disebabkan karena nilai kalor bahan premium campuran alkohol lebih rendah daripada premium murni. Akibat dari menurunnya nilai kalor bahan bahan bakar akan menyebabkan proses pembakaran semakin lambat. Dengan semakin lambatnya proses pembakaran, maka udara yang diperlukan semakin sedikit. Inilah yang menyebabkan

perbandingan udara bahan bakar premium campuran alkohol lebih rendah dibandingkan dengan perbandingan udara bahan bakar premium murni.

4.2.5 Efisiensi Volumetris

Efisiensi volumetris (volumetric efficiency) untuk motor 4 langkah dihitung dengan persamaan (2.9) berikut:

% 100 . 1 . . 60 . 2 x V n m l a a v ρ η =

dimana: ma = laju aliran udara (kg/jam) ρa = kerapatan udara (kg/m3

)

Vl = volume langkah torak = 0.5 x 10-3 [berdasarkan spesifikasi mesin]

Diasumsikan udara (R = 29.3 kg.m/kg.K) sebagai gas ideal sehingga massa jenis udara dapat diperoleh dari persamaan (2.10) berikut:

a a a T R P . = ρ

Dengan memasukkan harga tekanan dan temperatur udara yaitu sebesar 1 atm (10332.27 kg/m2) dan 27°C, maka diperoleh massa jenis udara sebesar:

) 273 27 ( 3 . 29 27 . 10332 + = a ρ

= 1.2 kg/m3

Dengan diperolehnya massa jenis udara maka dapat dihitung besarnya efisiensi volumetris (ηv) untuk masing-masing pengujian pada variasi putaran.

Untuk pengujian dengan menggunakan Premium dicampur 5% alkohol 96% (PA-5), pada beban 10 kg dan putaran 1500 rpm:

% 100 . 1 . . 60 . 2 x V n m l a a v _ρ η = % 100 10 5 , 0 . 2 , 1 1 . 1500 . 60 82 , 19 . 2 3 x x

v = −

η

= 77.53 %

Harga efisiensi volumetris untuk masing-masing pengujian yang dihitung dengan cara perhitungan yang sama dengan perhitungan di atas dapat dilihat pada tabel di bawah ini:

Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Efisiensi Volumetris. Putaran

(rpm)

Efisiensi Volumetris (%)

Premium PA-5 PA-7 PA-9

1500 78.72 77.53 76.33 75.53

2000 77.53 76.33 75.43 74.23

2500 74.18 73.94 73.70 72.74

3000 73.34 72.94 72.34 71.94

3500 72.23 72.06 71.71 70.35

Perbandingan besarnya efisiensi volumetris untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi putaran dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Gambar 4.7 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran

Berdasarkan gambar 4.7 di atas maka dapat dilihat, efisiensi volumetris maksimum untuk premium pada tedapat pada putaran 1500 rpm diperoleh sebesar 78.72 %, sedangkan efisiensi volumetris maksimum untuk PA-5, PA-7 dan PA-9 pada putaran yang sama yaitu 1500 rpm diperoleh sebesar 77.53 %, 76.33 % dan 75.53 %.

Efisiensi volumetris menunjukkan perbandingan antara jumlah udara yang terisap sebenarnya terhadap jumlah udara yang terisap sebanyak volume langkah torak untuk setiap langkah isap. Secara umum, efisiensi volumetris semakin menurun seiring meningkatnya putaran mesin.

4.2.6 Efisiensi Thermal Brake

Efisiensi thermal brake (brake thermal efficiency, ηb) merupakan perbandingan antara daya keluaran aktual terhadap laju panas rata-rata yang

dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. Efisiensi thermal brake dihitung dengan menggunakan persamaan (2.13) berikut:

3600 . .LHV m

P

f e b =

η dimana:

ηb = efisiensi thermal brake

LHV = nilai kalor bawah pembakaran bahan bakar bawah (kJ/kg)

Besarnya nilai kalor bawah pembakaran bahan bakar dapat dihitung dengan persamaan (2.15) berikut:

LHV = HHV – 3240

Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar Premium dicampur 5% alkohol 96% (PA-5) beban 10 kg dan putaran 1500 rpm:

LHV = 42205.99 – 3240 = 38965.99 kJ/kg

Dengan diperolehnya nilai kalor bawah pembakaran bahan bakar maka dapat dihitung besarnya efisiensi thermal brake (ηb) untuk masing-masing pengujian pada variasi putaran.

Untuk pengujian dengan menggunakan PA-5 beban 10 kg, dan putaran 1500 rpm:

3600 . .LHV m

P

f e b =

3600 . 99 . 38965 901

. 1

015 . 5

x

b =

η

= 0.24372 = 24.37 %

Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran bervariasi dan beban 10 kg, maka hasil perhitungan efisiensi thermal brake untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Efisiensi Thermal Brake. Putaran

(rpm)

Efisiensi Thermal Brake (%)

Premium PA-5 PA-7 PA-9

1500 23.20 24.37 24.38 32.34

2000 22.50 23.59 24.55 31.02

2500 24.20 23.47 22.73 28.79

3000 24.94 23.63 22.30 26.40

3500 26.27 23.64 23.65 23.65

Perbandingan harga efisiensi thermal brake untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi putaran dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Gambar 4.8 Grafik Efisiensi Thermal Brake vs Putaran

Berdasarkan gambar 4.8 di atas dapat dilihat, efisiensi thermal tertinggi dari PA-9 terjadi putaran 1500 rpm sebesar 32.34 %. Pada putaran yang sama , efisiensi thermal brake dari Premium, PA-5 dan PA-7 berturut-turut adalah 23.2 %, 24.37 % dan 24.38 %.

Pada kondisi penambahan putaran akan terjadi penambahan kandungan oksigen yang terikat pada alkohol sebanding dengan penambahan massa bahan bakar, hal ini akan menyebabkan semakin banyak bahan bakar yang terbakar dan daya efektif yang lebih besar, sehingga meningkatkan efisiensi thermal brake.

4.3 Analisa Ketakpastian dengan Metode Kline dan Mc Clintock

Hasil Ketakpastian dengan metode Kline dan Mc Clintock dari pengukuran daya yang dihasilkan pengujian dengan menggunakan bahan bakar Premium pada putaran 1500 rpm dan Torsi 33.9 Nm dapat digunakan dengan rumus seperti di bawah ini:

60 2 nT

P= π

Toleransi untuk tiap alat ukur yang digunakan:

 Toleransi Torquemeter = ± 3% (Process Measurement and Analysis, hal. 1051)

 Toleransi Tachometer = ± 0.01 % (Process Measurement and Analysis, hal 1038)

 n = 1500 rpm ± 0.01% sehingga Wn = 0.15 rpm

 T = 33.9 Nm ± 3% sehingga WT = 1.017 Nm

60 2 nT

P_NOMINAL = π

60

9 . 33 1500

2x x rpmx Nm

P_NOMINAL = π

Watt P_NOMINAL =5325

2 / 1 2 2 ] ) ( ) ( [ _T

P xW

T P Wn x n P W ∂ ∂ + ∂ ∂

= …………..(hal. 64 J.P. Holman)

Untuk mencari n P ∂ ∂ : n x T x x

P= ∂

∂ 60 2 π Maka: n P ∂ ∂ = 60 2xπ xT

Untuk mencari T P ∂ ∂ : T x n x x

P= ∂

∂ 60 2 π Maka: T P ∂ ∂ = 60 2xπxn

Sehingga, fraksi ketakpastian (Wp):

2 / 1 2 2 ] ) ( ) ( [ _T

P xW

T P Wn x n P W ∂ ∂ + ∂ ∂ = 2 / 1 2 2 ] ) 60 2 ( ) 60 2 ( [ _T

P xW

n Wn

x T

W = π + π

2 / 1 2 2 ] ) 017 , 1 60 1500 2 ( ) 15 . 0 60 9 . 33 2 (

[ x x Nmx rpm x x rpmx Nm

W_P = π + π

2 / 1 2 2 ] ) 7499864 . 159 ( ) 5324999 . 0

( Watt Watt

W_P = +

Watt W_P =0.283556143+159.7499864

Wp = 160.03354 Watt

Persentase Ketakpastian (%Wp):

% 100 % x P Wp Wp NOMINAL = % 100 5325 03354 . 160 % x Watt Watt Wp= % 00 . 3 %Wp=

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh dari pengujian ini adalah sebagai berikut:

1. Semakin tinggi kadar alkohol dalam campuran bahan bakar akan menurunkan nilai kalor bahan bakar, karena nilai kalor atas bahan bakar Premium campuran Alkohol 96% lebih rendah daripada nilai kalor atas bahan bakar premium.

2. Nilai kalor bahan bakar sangat mempengaruhi energi hasil pembakaran bahan bakar. Semakin tinggi nilai kalor bahan bakar maka energi hasil pembakaran bahan bakar akan semakin meningkat dan sebaliknya semakin rendah nilai kalor bahan bakar maka energi hasil pembakaran bahan bakar akan semakin menurun. Sehingga energi yang dihasilkan oleh bahan bakar premium murni pada suatu proses pembakaran akan lebih tinggi dibandingkan dengan bahan bakar premium campuran alkohol 96%.

3. Berdasarkan hasil uji performansi motor bakar bensin, bahan bakar premium memiliki keunggulan pada daya dan torsi yang tinggi serta konsumsi bahan bakar spesifik yang rendah sedangkan bahan bakar PA-5, PA-7 dan PA-9 memiliki keunggulan pada effisiensi thermal brake yang tinggi.

4. Keuntungan menggunakan alkohol adalah memiliki sifat pencampuran yang baik dengan bensin, mempunyai kadar oksigen yang tinggi yang diperlukan

dalam proses pembakaran sehingga akan mengurangi pencemaran udara dan bahan pembuat alkohol sangat mudah diperoleh. Namun alkohol juga memiliki kekurangan antara lain nilai kalor yang dikandung jauh lebih rendah daripada premium.

5. Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) pada premium murni lebih rendah dari Sfc pada Premium yang dicampur alkohol. Sfc adalah banyaknya bahan bakar yang digunakan untuk menghasilkan daya efektif tiap jamnya sehingga konsumsi bahan bakar spesifik ini dapat digunakan untuk mengukur tingkat keekonomisan dari mesin, sehingga semakin rendah nilai Sfc maka mesin tersebut akan semakin ekonomis. Itu berarti, menggunakan bahan bakar premium murni lebih ekonomis daripada premium campuran alkohol.

6. Data Hasil Pengujian

Adapun data hasil pengujian yang diperoleh adalah sebagai berikut:

a. Nilai Kalor Atas (HHV)

Tabel 5.1 Nilai Kalor Atas Bahan Bakar (HHV) Bahan Bakar HHV (kJ/kg)

Premium 47206.003

PA-5 42205.99

PA-7 38970.688

b. Performansi

Data-data hasil pengujian unjuk kerja / performansi berikut diambil pada kondisi maksimum dan pada tiap putaran tertentu.

Tabel 5.2 Hasil Pengujian Performansi pada kondisi maksimum untuk beban 10 kg.

Bahan Bakar Performansi Torsi (Nm) Daya (Watt) Sfc (gr/kWh)

AFR Effisiensi Volumetris (%) Effisiensi Thermal Brake (%) Premium 33.9

(n=1500 rpm) 9.665 (n=3500 rpm) 278.717 (n=1500 rpm) 14.30 (n=3500 rpm) 78.72 (n=1500 rpm) 26.27 (n=3500 rpm)

PA-5 31.9 (n=1500 rpm) 8.545 (n=3500 rpm) 281.462 (n=1500 rpm) 12.87 (n=3500 rpm) 77.53 (n=1500 rpm) 23.64 (n=3500 rpm)

PA-7 30

(n=1500 rpm) 7.405 (n=3500 rpm) 287.592 (n=1500 rpm) 12.03 (n=3000 rpm) 76.33 (n=1500 rpm) 24.55 (n=2000 rpm)

PA-9 28.6 (n=1500 rpm) 6.241 (n=3500 rpm) 290.986 (n=2000 rpm) 11.80 (n=3000 rpm) 75.53 (n=1500 rpm) 32.34 (n=1500 rpm)

Untuk menghitung besarnya persentase perbandingan antara performansi yang dihasilkan Premium campuran alkohol terhadap premium murni dapat dihitung dengan cara berikut:

Misalnya Torsi PA-5 terhadap torsi Premium (ambil salah satu data saja):

Torsi Premium = 33.9 Nm

Torsi PA-5 = 31.9 Nm

Maka, perbandingannya adalah: 100% 5.899 9 . 33 9 . 33 9 . 31 − = − x

Berarti, Torsi PA-5 lebih rendah 5.899 % dari Torsi Premium.

Dengan cara yang sama untuk setiap jenis performansi, maka hasil perhitungan perbandingan performansi bahan bakar premium campuran alkohol dengan premium murni dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 5.3 Perbandingan performansi bahan bakar Premium campuran alkohol dengan premium murni.

Beban (kg)

Performansi PA-5 dengan Premium PA-7 dengan Premium PA-9 dengan Premium 10

Torsi lebih rendah 5.90 % lebih rendah 11.50 % lebih rendah 15.63 %

Daya Keluaran lebih rendah 11.59 % lebih rendah 23.38 % lebih rendah 35.43 %

Konsumsi Bahan Bakar (Sfc)

lebih tinggi 0.98 % lebih tinggi 3.18 % lebih tinggi 4.40 %

AFR lebih rendah 10 % lebih rendah 15.87 % lebih rendah 17.48 %

Effisiensi Volumetris lebih rendah 1.51 % lebih rendah 3.04 % lebih rendah 4.05 %

Effisiensi Thermal Brake

5.2. Saran

1. Perlu dilakukan penelitian lanjut dengan menggunakan variasi beban yang lebih bervariasi untuk mengetahui karakteristik performansi dari mesin yang menggunakan bahan bakar campuran premium dengan alkohol 96 %.

2. Untuk mendukung kelancaran dan akurasi hasil pengujian sebaiknya dilakukan pemeriksaan dan kalibrasi terhadap instrumentasi dan alat ukur setiap kali pengujian akan dilakukan.

DAFTAR PUSTAKA

Arends, BPM. 1980. Motor Bensin, Jakarta: Erlangga

Arismunandar, W. 1994. Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Bandung: ITB Holman, J.,P., Experimental Methods for Engineers, Mc Graw Hill.

Liptak, Bela G., 2003. Process Measurement and Analysis, London: CRC Press.

Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000.

Petrovsky, N. 1979. Marine Intenal Combustion Engine, Moscow: Mir Publisher

Pudjanarsa, Astu. 2008. Mesin Konversi Energi, Yogyakarta: CV. Andi Soenarta, Nakoela. 2002. Motor Serba Guna, Jakarta: Pradnya Paramita

Wartawan, Anton L. 1997. Bahan Bakar Bensin Otomotif, Jakarta: Universitas Trisakti

Experimental Methods for Engineers, J. P. Holman

dalam proses pembakaran sehingga akan mengurangi pencemaran udara dan bahan pembuat alkohol sangat mudah diperoleh. Namun alkohol juga memiliki kekurangan antara lain nilai kalor yang dikandung jauh lebih rendah daripada premium.

5. Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) pada premium murni lebih rendah dari

Sfc pada Premium yang dicampur alkohol. Sfc adalah banyaknya bahan bakar

yang digunakan untuk menghasilkan daya efektif tiap jamnya sehingga

konsumsi bahan bakar spesifik ini dapat digunakan untuk mengukur tingkat

keekonomisan dari mesin, sehingga semakin rendah nilai Sfc maka mesin

tersebut akan semakin ekonomis. Itu berarti, menggunakan bahan

bakar premium murni lebih ekonomis daripada premium campuran alkohol.

6. Data Hasil Pengujian

Adapun data hasil pengujian yang diperoleh adalah sebagai berikut:

a. Nilai Kalor Atas (HHV)

Tabel 5.1 Nilai Kalor Atas Bahan Bakar (HHV)

Bahan Bakar HHV (kJ/kg)

Premium 47206.003

PA-5 42205.99

PA-7 38970.688

b. Performansi

Data-data hasil pengujian unjuk kerja / performansi berikut diambil pada

kondisi maksimum dan pada tiap putaran tertentu.

Tabel 5.2 Hasil Pengujian Performansi pada kondisi maksimum untuk beban

10 kg.

Bahan Bakar Performansi Torsi (Nm) Daya (Watt) Sfc (gr/kWh)

AFR Effisiensi Volumetris (%) Effisiensi Thermal Brake (%)

Premium 33.9 (n=1500 rpm) 9.665 (n=3500 rpm) 278.717 (n=1500 rpm) 14.30 (n=3500 rpm) 78.72 (n=1500 rpm) 26.27 (n=3500 rpm)

PA-5 31.9 (n=1500 rpm) 8.545 (n=3500 rpm) 281.462 (n=1500 rpm) 12.87 (n=3500 rpm) 77.53 (n=1500 rpm) 23.64 (n=3500 rpm)

PA-7 30 (n=1500 rpm) 7.405 (n=3500 rpm) 287.592 (n=1500 rpm) 12.03 (n=3000 rpm) 76.33 (n=1500 rpm) 24.55 (n=2000 rpm)

PA-9 28.6 (n=1500 rpm) 6.241 (n=3500 rpm) 290.986 (n=2000 rpm) 11.80 (n=3000 rpm) 75.53 (n=1500 rpm) 32.34 (n=1500 rpm)

Untuk menghitung besarnya persentase perbandingan antara performansi

yang dihasilkan Premium campuran alkohol terhadap premium murni dapat

Misalnya Torsi PA-5 terhadap torsi Premium (ambil salah satu data saja):

Torsi Premium = 33.9 Nm

Torsi PA-5 = 31.9 Nm

Maka, perbandingannya adalah: 100% 5.899

9 . 33

9 . 33 9 . 31

− = −

x

Berarti, Torsi PA-5 lebih rendah 5.899 % dari Torsi Premium.

Dengan cara yang sama untuk setiap jenis performansi, maka hasil

perhitungan perbandingan performansi bahan bakar premium campuran alkohol

dengan premium murni dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 5.3 Perbandingan performansi bahan bakar Premium campuran alkohol dengan premium murni.

Beban (kg)

Performansi PA-5 dengan Premium

PA-7 dengan Premium

PA-9 dengan Premium

10

Torsi lebih rendah 5.90 % lebih rendah 11.50 % lebih rendah 15.63 %

Daya Keluaran lebih rendah 11.59 % lebih rendah 23.38 % lebih rendah 35.43 %

Konsumsi Bahan Bakar (Sfc)

lebih tinggi 0.98 % lebih tinggi 3.18 % lebih tinggi 4.40 %

AFR lebih rendah 10 % lebih rendah 15.87 % lebih rendah 17.48 %

Effisiensi Volumetris lebih rendah 1.51 % lebih rendah 3.04 % lebih rendah 4.05 %

Effisiensi Thermal Brake

5.2. Saran

1. Perlu dilakukan penelitian lanjut dengan menggunakan variasi beban yang

lebih bervariasi untuk mengetahui karakteristik performansi dari mesin yang

menggunakan bahan bakar campuran premium dengan alkohol 96 %.

2. Untuk mendukung kelancaran dan akurasi hasil pengujian sebaiknya

dilakukan pemeriksaan dan kalibrasi terhadap instrumentasi dan alat ukur

DAFTAR PUSTAKA

Arends, BPM. 1980. Motor Bensin, Jakarta: Erlangga

Arismunandar, W. 1994. Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Bandung: ITB

Holman, J.,P., Experimental Methods for Engineers, Mc Graw Hill.

Liptak, Bela G., 2003. Process Measurement and Analysis, London: CRC

Press.

Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000.

Petrovsky, N. 1979. Marine Intenal Combustion Engine, Moscow: Mir

Publisher

Pudjanarsa, Astu. 2008. Mesin Konversi Energi, Yogyakarta: CV. Andi Soenarta, Nakoela. 2002. Motor Serba Guna, Jakarta: Pradnya Paramita

Wartawan, Anton L. 1997. Bahan Bakar Bensin Otomotif, Jakarta:

Universitas Trisakti

Experimental Methods for Engineers, J. P. Holman