KAJIAN STUDI PENGARUH PENGGUNAAN BLOWER ELEKTRIK TERHADAP PERFORMANSI MESIN OTTO EFI KAPASITAS 125 CC DENGAN BAKAR CAMPURAN PREMIUM DAN ETANOL
KAJIAN STUDI PENGARUH PENGGUNAAN BLOWER ELEKTRIK TERHADAP PERFORMANSI MESIN OTTO EFI KAPASITAS 125 CC DENGAN BAKAR CAMPURAN PREMIUM DAN ETANOL
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik SIDO ALEXANDER LUMBANTORUAN NIM : 090401021 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
Abstrak
Ketergantungan masyarakat terhadap bahan bakar minyak sangat tinggi.Disamping itu kelangkaan bahan bakar minyak juga mempersulit keadaan ini. Pemanfaatan energi alternatif sebagai campuran bahan bakar merupakan hal yang tepat untuk menghemat penggunaan minyak, Indonesia sangat kaya akan sumber daya alam yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku energi alternatif, misalnya bioetanol yang diproses dari tumbuhan tebu. Krisis energi ini menyebabkan manusia harus beralih untuk lebih mengintensifkan penelitian dan penggunaan energi yang tidak terbarukan ke energi yang terbarukan dan juga berbagai macam peningkatan efisiensi untuk motor bakar, salah satunya dengan menambahkan alat seperti penggunaan turbocharger dan supercharger guna meningkatkan efisiensi motor bakar tersebut. Pada pengujian ini, penulis menggunakan blower elektrik sebagai penganti supercharger. Untuk itu perlu dilakukan pengujian terhadap performansi mesin supaya mengetahui dampak dari penggunaan alat ini. Oleh karena itu, penulis melakukan pengujian menggunakan bahan bakar premium yang dicampur dengan etanol dengan perbandingan campuran 90% premium dan 10 % etanol dengan menggunakan blower elektrik sebaga pengganti supercharger pada mesin honda supra x125 EFI. Perbandingan campuran bahan bakar ini sengaja dipilih penulis dalam pengujian, karena berdasarkan data yang diperoleh dari berbagai negara yang sudah mengembangkan penggunaan bahan bakar campuran etanol seperti Brazil dan Amerika Serikat, bahwa pencampuran etanol terhadap bahan bakar premium maximal sebanyak 10% untuk mesin otto sistem injeksi dengan kondisi kendaraan standart pabrikan. Dari penelitian ini diketahui bahwa pengaruh pengunaan blower elektrik sebagai pengganti supercharger yang digunakan pada mesin otto honda supra-X 125 EFI dengan bahan bakar campuran 90% premium dan 10% etanol dapat meningkatkan performansi mesin sebesar 11,854%.
Kata kunci : Mesin Otto, Bahan Bakar premiuml, bioetanol dari tebu, Performansi.
Abstract
Society 's dependence on oil is very high . Besides, the scarcity of fossil fuels alsocomplicates the situation. Utilization of alternative energy fuel mix is the right to
save the use of oil , Indonesia is very rich in natural resources that can be utilizedas raw material for alternative energy , such as bio-ethanol is processed from
sugarcane plants . The energy crisis led to the human need to switch to intensify
research and the use of non-renewable energy to renewable energy and efficiency improvements for a wide variety of motor fuel , one of them by adding a tool suchas the use of turbochargers and superchargers to increase the efficiency of the
internal combustion engine . In this test , the authors use an electric blower
supercharger as a substitute . For it is necessary to test the performance of the
machine in order to determine the impact of the use of this tool . Therefore , the
authors conducted a test using premium fuel with ethanol blended with a mixture
ratio of 90 % gasoline and 10 % ethanol by using an electric blower superchargersebaga replacement on honda supra x125 EFI engine . Comparison of the fuel
mixture in the test writers deliberately chosen , because it is based on data
obtained from a variety of countries that have developed the use of ethanol fuel
mixtures such as Brazil and the United States , that the mixing of ethanol on the
maximum premium fuel as much as 10 % for otto engines with injection system
the condition of the vehicle manufacturer standards . From this research it is
known that the effect of the use of electric blower supercharger used in lieu of the otto engine honda supra - X 125 EFI with a fuel mixture of 90 % gasoline and 10 % ethanol can increase engine performance by 11.854 % .
Keywords : Otto Engines , Fuel premiuml , bioethanol from sugarcane ,
Performance ..
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa, karena atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelas Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan sikripsi ini, sangatlah sulit bagi penulis untuk menyelesaikan sikripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Kedua orang tua penulis, Ayahanda Sundar PT Lumbantoruan dan Ibunda Dormina Manalu yang telah memberikan dukungan doa, semangat dan dukungan materi kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
2. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Ir. A Halim Nasution, MSc, selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga dan pikiran untuk mengarahkan penulis dalam penyusunan sikripsi ini.
4. Bapak Dr.Eng.Himsar Ambarita, ST MT beserta Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST MT selaku dosen pembanding yang membantu penulis menyempurnakan tugas akhir ini.
5. Bapak/Ibu staff pengajar dan pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Laboran Laboratorium Prestasi Mesin Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah banyak memberikan arahan kepada penulis selama pengujian berlangsung.
7. AUTO 2000 yang telah bersedia meminjamkan alat uji dalam penyusunan skripsi ini.
8. Saudaraku yang tercinta, Doras Saikin Gilbert Lumbantoruan dan keluarga, Semar Runggu Lumbantoruan yang telah memberikan dukungan doa, materi dan semangat kepada penulis selama pengerjaan tugas akhir ini.
9. Seluruh teman-teman penulis, khususnya angkatan 2009 yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis 10. Teman-teman Tim Horas USU yang sama-sama berjuang dalam pengerjaan mobil mesin USU.
Akhir kata, semoga Tuhan Yang Maha Kuasa berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu penulis. Semoga sikripsi ini memberi manfaat bagi pengembangan ilmu kedepannya.
Medan, Februari 2014
Penulis,(Sido Alexander Lumbantoruan) NIM. 090401021
DAFTAR ISI
2.1 Supercharger ............................................................................. 7
2.4.1 Sumber ............................................................................. 20
2.4 Emisi Gas Buang ....................................................................... 19
Nilai Kalor Bahan Bakar .................................................. 13 2.3.2. Torsi ................................................................................ 14 2.3.3. Daya Poros....................................................................... 16 2.3.4. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ............................ 16 2.3.5. Efisiensi Thermal ............................................................. 17 2.3.6. Rasio Udara-Bahan Bakar (AFR) ..................................... 17 2.3.7. Efisiensi Volumetris ......................................................... 19
2.3 Performansi Motor Bakar .......................................................... 12 2.3.1.
2.2.1 Prinsip Kerja Mesin Otto 4 Tak ........................................ 9
2.2 Mesin Otto ................................................................................ 8
2.1.1 Electric Supercharger ....................................................... 7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
ABSTRAK .................................................................................................... i
1.6 Sistematika Penulisan ................................................................... 5
1.5 Metodologi Penulisan ................................................................... 5
1.4 Manfaat ........................................................................................ 4
1.3 Tujuan .......................................................................................... 4
1.2 Batasan Masalah ........................................................................... 3
1.1 Latar Belakang ............................................................................ 1
ABSTRACT ................................................................................................... ii KATA PENGANTAR .................................................................................... iii DAFTAR ISI .................................................................................................. v DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... vii DAFTAR TABEL .......................................................................................... xi DAFTAR NOTASI ........................................................................................ xii BAB I PENDAHULUAN
2.4.2 Komposisi Kimia .............................................................. 20
2.4.3 Bahan Penyusun ............................................................... 20
3.5 Metode Pengolahan Data ........................................................... 41
4.1.1.2 Data Bahan Bakar ............................................... 50
4.1.1.1 Data Engine ........................................................ 50
4.1.1 Spesifikasi Data Alat dan Bahan Pengujian ..................... 50
4.1 Data Hasil Penelitian ................................................................. 50
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
3.10 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang ........................................ 48
3.9 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ............................ 46
3.8 Prosedur Pengujian Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ................ 44
3.7 Prosedur Pengujian Performansi Mesin ..................................... 42
3.6.2 Prosedur Pengujian ........................................................... 41
3.6.1 Parameter ......................................................................... 41
3.6 Pengamatan Dan Tahapan Pengujian ......................................... 41
3.4.2 Data Sekunder .................................................................. 41
2.5 Sejarah penggunaan Alkohol sebagai bahan bakar alternatif ...... 25
3.4.1 Data Primer ...................................................................... 41
3.4 Metode Pengolahan Data ........................................................... 41
3.3.2 Bahan ............................................................................... 39
3.3.1 Alat .................................................................................. 30
3.3 Alat Dan Bahan ......................................................................... 30
3.2.4 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar .................................. 30
3.2.3 Pengujian Emisi Gas Buang .............................................. 29
3.2.2 Pengujian Torsi ................................................................ 29
3.2.1 Pengujian Konsumsi Bahan Bakar .................................... 28
3.2 Waktu Dan Tempat ................................................................... 28
3.1 Penelitian .................................................................................. 28
BAB III METODE PENELITIAN
2.6 Bioetanol dari Tanaman Tebu.................................................... 26
4.1.1.3 Data Blower ....................................................... 51
4.2 Pengujian Performansi Mesin Otto ............................................ 52 4.2.1.
Final Rasio ...................................................................... 52 4.2.2. Torsi ................................................................................ 53 4.2.3. Daya ................................................................................ 64 4.2.4. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ...................................... 71 4.2.5. Efisiensi Thermal Brake ................................................... 78 4.2.6. Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) ..................................... 87 4.2.7. Efisiensi Volumetris ......................................................... 101
4.3 Pengujian Emisi Gas Buang ...................................................... 110
4.3.1 Emisi Gas Buang Sebelum Menggunakan Blower .......... 110
4.3.2 Emisi Gas Buang Setelah Menggunakan Blower .............. 110
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ............................................................................... 115
5.2 Saran ........................................................................................ 115
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... xiv LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Modifikasi pada mesin sesuai persentase campuran etanol pada bahan bakar premium ..........................................................3Gambar 2.1 Supercharger ............................................................................... 8Gambar 2.2 Prinsip Kerja Mesin Otto 4 Langkah ...........................................10Gambar 2.3 Diagram Pv dan Ts Mesin Otto 4 Langkah ..................................11Gambar 2.4 Tanaman Tebu ............................................................................27Gambar 3.1 Pengujian Konsumsi Bahan Bakar ...............................................28Gambar 3.2 Pengujian Torsi Pada Roda..........................................................29Gambar 3.3 Tachometer Pengujian Emisi Gas Buang Kendaraan....................29Gambar 3.4 Pengujian Bom Kalorimeter ........................................................30Gambar 3.5 Sepeda Motor Honda Suprax125 PgmFI ......................................30Gambar 3.6 Blower ........................................................................................32Gambar 3.7 Alat Ukur Emisi Gas Buang ........................................................33Gambar 3.8 HiDS HD-30 ...............................................................................34Gambar 3.9 Digital Stop Watch ......................................................................35Gambar 3.10 Buret Atau Tabung Ukur .............................................................35Gambar 3.11 Tools ...........................................................................................36Gambar 3.12 Regulator dsn Tabung Bertekanan ...............................................36Gambar 3.13 Timbangan Pegas ........................................................................37Gambar 3.14 Timbangan Digital ......................................................................37Gambar 3.15 Pengatur Bukaan Gas ..................................................................38Gambar 3.16 Selang Bertekanan Tinggi ...........................................................38Gambar 3.17 Pipa Besi .....................................................................................39Gambar 3.18 Premium .....................................................................................40Gambar 3.19 Etanol..........................................................................................40Gambar 3.20 Pengujian Performansi Mesin ......................................................44Gambar 3.21 Pengujian Konsumsi Bahan Bakar Spesifik .................................46Gambar 3.22 Bom Kalorimeter.........................................................................46Gambar 3.23 Pengujian Emisi Gas Buang ........................................................48Gambar 4.1 Grafik Torsi Vs Putaran sebelum menggunakan Blower .............58Gambar 4.2 Grafik Torsi Vs Putaran sesudah menggunakan Blower...............63Gambar 4.3 Grafik Perbandingan Torsi Vs Putaran sebelum dan sesudah menggunakan Blower ..................................................................63Gambar 4.4 Grafik Daya Vs Putaran sebelum Menggunakan Blower .............67Gambar 4.5 Grafik Daya Vs Putaran Menggunakan Blower ...........................69Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Daya Vs Putaran sebelum dan sesudah menggunakan Blower ..................................................................69Gambar 4.7 Grafik Sfc Vs Putaran Sebelum Menggunakan Blower ................73Gambar 4.8 Grafik Sfc Vs Putaran Sesudah Menggunakan Blower ................77Gambar 4.9 Grafik Sfc Vs Putaran sebelum dan sesudah menggunakan blower .........................................................................................77Gambar 4.10 Grafik ηb Vs Putaran Sebelum Menggunakan Blower .................82
Gambar 4.11 Grafik ηb Vs Putaran Sesudah Menggunakan Blower ..................85
Gambar 4.12 Grafik ηb Vs Putaran Sebelum Dan Sesudah Menggunakan Blower ........................................................................................86
Gambar 4.13 Grafik Perbandingan AFR Vs rpm sebelum penggunaan blower .........................................................................................97Gambar 4.14 Grafik Perbandingan AFR Vs putaran sesudah penggunaan blower .........................................................................................100Gambar 4.15 Grafik Perbandingan AFR sebelum dan sesudah penggunaan blower .........................................................................................100Gambar 4.16 Grafik Perbandinganɳv sebelum penggunaan blower ..................105
Gambar 4.17 Grafik Efisiensi Volumetris Vs putaran sesudah penggunaan blower .........................................................................................108Gambar 4.18 Grafik perbandingan Efisiensi Volumetris Vs putaran sebelum dan sesudah penggunaan blower ....................................108Gambar 4.19 Perbandingan CO sebelum dan sesudah penggunaan blower........111Gambar 4.20 Perbandingan CO2 sebelum dan sesudah penggunaan blower......112Gambar 4.21 Grafik Perbandingan HC sebelum dan sesudah penggunaan blower .........................................................................................113Gambar 4.22 Grafik Perbandingan O2 sebelum dan sesudah penggunaan blower .........................................................................................114DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Pengujian nilai kalor bahan bakar campuran 90% premium dengan 10% etanol ...........................................................................51Tabel 4.2 Massa rata-rata pada pengujian sebelum penggunaan blower ...........54Tabel 4.3 Massa rata-rata pada pengujian sesudah penggunaan blower ............59Tabel 4.4 Perubahan torsi setelah penggunaan blower .....................................64Tabel 4.5 Perubahan daya setelah penggunaan blower .....................................70Tabel 4.6 Hasil pengujian mf bahan bakar tanpa blower ..................................71Tabel 4.7 Hasil pengujian mf bahan bakar dengan menggunakan blower ........74Tabel 4.8 Perubahan nilai Sfc setelah penggunaan blower ...............................78Tabel 4.9 Perubahan nilai ηb sesudah penggunaan blower ...............................86
Tabel 4.10 Perbandingan AFR sesudah penggunaan blower ..............................101Tabel 4.11 Perbandingan Efisiensi Volumetris sesudah penggunaan blower ......109Tabel 4.12 Emisi Gas Buang sebelum penggunaan blower ................................110Tabel 4.13 Emisi Gas Buang setelah penggunaan blower ..................................110Tabel 4.14 Perbandingan CO sesudah penggunaan blower ................................111Tabel 4.15 Perbandingan CO2 sebelum dan sesudah penggunaan blower ...........112
Tabel 4.16 Perbandingan HC sesudah penggunaan blower ................................113Tabel 4.17 Perbandingan O2 sesudah penggunaan blower ..................................114
DAFTAR NOTASI
Lambang Keterangan Satuan
Laju massa udara dalam Silinder Kg/jam ṁ
ṁ Laju Aliran Bahan Bakar Kg/jam AFR Rasio campuran bahan bakar dan udara B Diameter Silinder mm CV Nilai Kalor Kj/Kg
F Gaya N
2 G Gaya gravitasi m/s
HHV Nilai kalor atas Kj/Kg LHV Nilai kalor bawah Kj/Kg m massa aliran udara persiklus Kg/cyc-cycle
a
n Putaran rpm
v Efisiensi Volumetris
ɳ P Daya
W
B
P i Tekanan udara masuk ruang bakar kpa r c Rasio kompresi Panjang Langkah mm
S
Sfc Konsumsi Bahan Bakar Spesifik g/w.jam t Waktu Jam
T Torsi N.m
Ti Temperatur udara masuk ruang bakar K
3 V c Volume sisa m
3 V Volume langkah m d
Efisiensi Thermal Brake
η b