Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Otto Berbahan Bakar Pertalite dengan Campuran Pertalite-Zat Aditif Cair

UJI EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN UNJUK KERJA
MOTOR OTTO BERBAHAN BAKAR PERTALITE DENGAN
CAMPURAN PERTALITE-ZAT ADITIF CAIR

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

HISKIA BENINDO ONDO TRISNO TARBANTIN PURBA
NIM. 110401096

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan
karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini dengan sebaikbaiknya. Tugas sarjana ini merupakan tugas akhir untuk menyelesaikan studi pada
jenjang Pendidikan Sarjana (S1) Teknik Mesin menurut kurikulum Departemen
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan.
Penulis

dalam

tugas

sarjana

ini

mengambil

judul,

yaitu

“Uji

Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Otto Berbahan Bakar
Pertalite dengan Campuran Pertalite-Zat Aditif Cair”.
Dalam penulisan Tugas Sarjana ini, penulis telah berupaya dengan segala
kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh
dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Dosen
Pembimbing.
Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih

sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. A. Halim Nasution, M.Sc, selaku dosen pembimbing yang
telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam
menyelesaikan Tugas Sarjana ini.
2. Bapak Ir. Zamanhuri, MT dan Bapak Dr. Eng. Taufiq Bin Nur, ST.
M.Eng.Sc selaku dosen pembanding I dan II yang telah membanding
saya secara komprehensif.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen
Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
4. Ayah Tamba Tuah Purba,SH.M.Si, Ibu Ronselina Saragih, adik Eunike
Lois, kakak dr. Betshaida Purba dan keluarga tercinta yang telah
memberikan dukungan baik moril maupun materiil.
5. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin
Fakultas Teknik USU yang telah membantu saya melengkapi
administrasi.

i
Universitas Sumatera Utara

6. Staff Laboratorium Motor Bakar dan Laboratorium Teknologi

Mekanik Departemen Teknik Mesin Fakultas teknik USU.
7. Teman seperjuangan saya, khususnya M. Hafiz Pratama, Tongin
Sinaga dan Salomo Sinaga yang telah membantu dalam pelaksanaan
pengujian.
8. Teman terdekat saya, dr. Chrisna Tumanggor.
9. Seluruh rekan-rekan Tim Horas Mesin USU.
10. Seluruh mahasiswa Teknik Mesin, terkhusus stambuk 2011, yang tidak
dapat disebutkan satu persatu, “Solidarity Forever ”.
Akhir kata, dengan segala kerendahan hati penulis mengharapkan kritik
dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan di masa mendatang
dan semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua.

Tuhan Yang Maha Esa selalu menyertai kita.

Medan, 26 Januari 2016
Penulis,

Hiskia Benindo O. T. T. Purba
NIM 110401096

ii
Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Penelitian ini dilakukan secara uji eksperimental terhadap unjuk kerja motor otto
4 langkah 1 silinder dengan rasio kompresi 9:1. Bahan bakar yang digunakan
adalah pertalite RON 90 dan dibanding menggunakan bahan bakar campuran
pertalite-zat aditif. Variasi dari bahan bakar campuran adalah 8 ml, 50 ml dan 150
ml STP octane booster pada 4 liter pertalite. Hasil dari uji eksperimental
menggunakan bahan bakar campuran pertalite-STP octane booster memiliki torsi
dan daya yang lebih besar dibanding menggunakan bahan bakar pertalite. Bahan
bakar yang mempunyai unjuk kerja optimal pada variasi campuran 8 ml STP
dimana memiliki torsi 9,258 Nm dan daya 4,819 kW. Konsumsi bahan bakar
spesifik 242,67 gr/kWh. Rasio udara bahan bakar 15,273. Efisiensi volumetris
82,13 % dan efisiensi termal 32,88 %.
Kata kunci: mesin otto 4 langkah, unjuk kerja, pertalite RON 90, aditif, STP
octane booster

iii

Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT

This research conducted by experimental analyze the performance of otto four
stroke engine’s performance, single cylinder work with ratio compression 9:1.
Fuel that is used pertalite RON 90 and compared with the mixture fuel pertaliteadditives. The variations from mixture fuel are 8 ml, 50 ml, 150 ml STP octane
booster in 4 litre pertalite. The result from experimental test of using pertalite-STP
octane booster fuel mixtures have a greates torque and power than pertalite fuel.
The fuel that has the optimum performance using variation mixture fuel 8 ml STP
which has torque 9,258 Nm and power 4,819 kW. Specific fuel comsumption
242,67 gr/kWh. Air fuel ratio 15,273. Volumetric efficiency 82,13 % and thermal
efficiency 32,88 %.
Keywords: four stroke otto engine, performance, pertalite RON 90, additives,
STP octane booster

iv
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR .......................................................................................i
ABSTRAK .........................................................................................................iii
DAFTAR ISI ......................................................................................................v
DAFTAR TABEL .............................................................................................viii
DAFTAR GAMBAR .........................................................................................ix
DAFTAR NOTASI ............................................................................................xi
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................1
1.1. Latar Belakang ......................................................................................1
1.2. Tujuan Pengujian ..................................................................................3
1.3. Manfaat Pengujian ................................................................................3
1.4. Ruang Lingkup Pengujian .....................................................................3
1.5. Sistematika Penulisan ...........................................................................4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA.......................................................................5
2.1. Dasar Motor Bakar ................................................................................5
2.2. Minyak Bumi ........................................................................................6
2.3. Pertalite .................................................................................................8
2.4. Dasar Aditif ...........................................................................................10
2.4.1. Klasifikasi Aditif ........................................................................11
2.4.1.1. Manfaat Aditif pada Fungsi Sistem Pelumasan ...........11

2.4.1.2. Manfaat Aditif pada Fungsi Sistem Distribusi
Bahan Bakar dan Sistem Pembakaran ........................11
2.4.1.3. Manfaat Aditif pada Fungsi Bahan Bakar ....................12
2.4.2. Zat Aditif Secara Umum ............................................................13
2.5. Motor Bakar Bensin ..............................................................................14
2.5.1. Siklus Otto Ideal ........................................................................15
2.6. Unjuk Kerja Motor Bakar Bensin .........................................................17
2.6.1. Torsi (Torque) ............................................................................17
2.6.2. Daya (Power ) .............................................................................17

v
Universitas Sumatera Utara

2.6.3. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik
(Specific Fuel Consumption) .....................................................19
2.6.4. Rasio Udara-Bahan Bakar (Air Fuel Ratio) ...............................20
2.6.5. Efisiensi Volumetris (Volumetric Efficiency) ............................22
2.6.6. Efisiensi Termal (Thermal Efficiency) .......................................22
2.7. Nilai Kalor Bahan Bakar .......................................................................23
BAB III METODOLOGI PENELITIAN .......................................................25

3.1. Objek Penelitian ....................................................................................25
3.2. Waktu dan Tempat ................................................................................25
3.3. Alat dan Bahan ......................................................................................26
3.3.1. Alat .............................................................................................26
3.3.2. Bahan .........................................................................................29
3.4. Metode Pengumpulan Data ...................................................................33
3.5. Metode Pengolahan Data ......................................................................33
3.6. Pengamatan dan Tahap Pengujian ........................................................33
3.7. Prosedur Pengujian Konsumsi Bahan Bakar ........................................34
3.8. Prosedur Pengujian Performansi Mesin ................................................36
3.9. Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ......................................38
BAB IV ANALISA DAN HASIL PENGUJIAN .............................................41
4.1. Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ......................................................41
4.2. Pengujian Performansi Motor Bakar ....................................................44
4.2.1. Torsi ...........................................................................................47
4.2.2. Daya ...........................................................................................50
4.2.3. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik
(Specific Fuel Consumption) .....................................................51
4.2.4. Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) ...............................................54
4.2.5. Efisiensi Volumetris....................................................................56

4.2.6. Efisiensi Termal ..........................................................................58
4.3. Hasil Pengujian .....................................................................................60
4.4. Perbandingan Hasil Pengujian ..............................................................61

vi
Universitas Sumatera Utara

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................63
5.1. Kesimpulan ...........................................................................................63
5.2. Saran .....................................................................................................66
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................xiii
LAMPIRAN

vii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1.

Fraksi-fraksi penyulingan bertingkat minyak bumi ......................... 7

Tabel 2.2.

Standar dan mutu (spesifikasi) bahan bakar jenis bensin 90
(pertalite) .......................................................................................... 9

Tabel 3.1.

Spesifikasi Honda Supra X 125 D ................................................... 27

Tabel 4.1.

Data Hasil T1 dan T2 Air Pendingin Bom Kalorimeter ................... 41

Tabel 4.2.

Data Hasil Pengujian dan Perhitungan HHV dan LHV ................... 42

Tabel 4.3.

Nilai Rata-Rata Pengujian Massa Tarik Timbangan Pegas
dan Konsumsi 40 ml bahan bakar .................................................... 44

Tabel 4.4.

Data Hasil Perhitungan untuk Pengujian Torsi ................................ 48

Tabel 4.5.

Data Hasil Perhitungan untuk Pengujian Daya ................................ 50

Tabel 4.6.

Data Hasil Perhitungan untuk Laju Aliran Bahan Bakar (ṁf)
dan konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) ........................................ 52

Tabel 4.7.

Data Hasil Rasio Udara dan Bahan Bakar (AFR)............................ 54

Tabel 4.8.

Data Hasil Perhitungan Efisiensi Volumetris .................................. 56

Tabel 4.9.

Data Hasil Perhitungan Efisiensi Termal ......................................... 58

Tabel 4.10. Hasil Pengujian Rata-Rata Nilai Kalor Bahan Bakar ...................... 60
Tabel 4.11. Hasil Pengujian Rata-Rata Unjuk Kerja Motor Bakar..................... 60
Tabel 4.12. Perbandingan Nilai Kalor Bahan Bakar........................................... 61
Tabel 4.13. Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar ......................................... 62

viii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1.

Proses pembakaran luar (atas) dan proses pembakaran
Dalam (bawah) ............................................................................. 6

Gambar 2.2.

Destilasi bertingkat ....................................................................... 7

Gambar 2.3.

Pembagian langkah pada siklus otto............................................. 15

Gambar 2.4.

Diagram P-v dan diagram T-s siklus otto ideal ............................ 16

Gambar 3.1.

Bom Kalorimeter ......................................................................... 26

Gambar 3.2.

Mesin Honda Supra X 125 ........................................................... 26

Gambar 3.3.

Tachometer ................................................................................... 28

Gambar 3.4.

HIDS HD-30 ................................................................................. 28

Gambar 3.5.

Timbangan Pegas Tarik ................................................................ 29

Gambar 3.6.

Spuit 60 ml .................................................................................... 30

Gambar 3.7.

Stopwatch ..................................................................................... 30

Gambar 3.8.

Rantai ............................................................................................ 31

Gambar 3.9.

Tools ............................................................................................. 31

Gambar 3.10. Bahan Bakar Pertalite RON 90 ..................................................... 32
Gambar 3.11. STP Octane Booster ..................................................................... 32
Gambar 3.12. Pengujian Konsumsi 40 ml Bahan
Bakar ............................................................................................. 34
Gambar 3.13. Diagram Alir Pengujian Konsumsi 40 ml Bahan Bakar .............. 35
Gambar 3.14. Diagram Alir performansi Motor Bakar ....................................... 37
Gambar 3.15. Pengujian Performansi Motor Bakar ............................................ 38
Gambar 3.16. Diagram Alir Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ....................... 40
Gambar 4.1.

Diagram HHV vs Bahan Bakar .................................................... 43

Gambar 4.2.

Diagram LHV vs Bahan Bakar ..................................................... 43

Gambar 4.3.

Grafik Massa Tarik Timbangan Pegas (kg) vs Putaran
Mesin (rpm) .................................................................................. 45

Gambar 4.4.

Diagram Waktu Menghabiskan 40 ml BB vs Putaran
Mesin (rpm) .................................................................................. 46

ix
Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.5.

Grafik Pengujian Torsi (Nm) vs Putaran Mesin (rpm) ................. 49

Gambar 4.6.

Grafik Daya (Watt) vs Putaran Mesin (rpm) ................................ 51

Gambar 4.7.

Grafik Sfc (gr/kWh) vs putaran mesin (rpm) ............................... 53

Gambar 4.8.

Grafik Air Fuel Ratio (AFR) vs Putaran Mesin (rpm) ................. 55

Gambar 4.9.

Grafik Efisiensi Volumetris ηv (%) vs Putaran
Mesin (rpm) .................................................................................. 57

Gambar 4.10. Grafik Efisiensi Termal ηth,B (%) vs Putaran
Mesin (rpm) .................................................................................. 59

x
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI

Simbol

Arti

Satuan

HHV

Nilai kalor atas bahan bakar

kJ/kg

LHV

Nilai kalor bawah bahan bakar

kJ/kg

F

Gaya yang diberikan roda belakang

N

m

Massa tarik timbangan pegas

kg

g

Percepatan gravitasi (9,81)

m/s2

τ

Torsi

Nm

τroda

Torsi roda

Nm

τmesin

Torsi mesin

Nm

r

Jari-jari roda belakang

m

FR

Final Ratio

-

Pb

Daya

Watt

pi (3,14)

-

n

Putaran mesin

rpm

sfc

Konsumsi bahan bakar spesifik

g/kWh

ṁf

Laju aliran massa bahan bakar

kg/jam

sgz

Rasio massa jenis zat -air

-

z

Massa jenis zat

kg/m3

a

Massa jenis aditif

kg/m3

p

Massa jenis pertalite

kg/m3

air

Massa jenis air (999,8)

kg/m3

f

Massa jenis bahan bakar

kg/m3

Vf

Volume bahan bakar yang diuji

m3

tf

Waktu konsumsi bahan bakar

detik

A

Rasio volume zat aditif-campuran

-

P

Rasio volume pertalite-campuran

-

AFR

Air-Fuel Ratio

-

ṁa

Laju aliran massa udara

kg/jam
xi
Universitas Sumatera Utara

ma

Massa udara masuk silinder per siklus

kg

B

Diameter piston

m

S

Panjang langkah

m

Vd

Volume silinder/displacement

m3

Vc

Volume sisa/Clearence

m3

RC

Rasio Kompresi

-

Nd

Jumlah silinder

silinder

a

Putaran poros dalam satu siklus

putaran

ηv

Efisiensi Volumetris

%

ηth,b

Efisiensi Termal

%

ρa

Kerapatan udara

kg/m3

Pi

Tekanan udara masuk silinder

kPa

Pa

Tekanan udara (101325)

Pa

Ti

Temperatur udara masuk silinder

K

Ta

Temperatur udara lingkungan

K

R

Konstanta udara (0,287)

kJ/kg.K

Tkp

Kenaikan temperatur kawat penyala

o

T1

Temperatur air pendingin sebelum

o

C
C

Penyalaan
T2

o

Temperatur air pendingin sesudah

C

Penyalaan
Cv

Panas jenis bom kalorimeter (73529,6)

kJ/kgoC

xii
Universitas Sumatera Utara