Kajian Eksperimental Perbandingan Performansi Mesin Sepeda Motor Berkapasitas 125 CC Menggunakan Bahan Bakar Pertamax dengan LPG
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Mesin Pembakaran dalam
Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) adalah mesin yang
memamfaatkan fluida kerja/gas panas hasil pembakaran, dimana antara medium
yang memanfaatkan fluida dengan fluida kerjanya tidak dipisahkan oleh dinding
pemisah.
Dari hukum termodinamika pertama,energi tidak dapat diciptakan dan
tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat dikonversikan dari satu bentuk energi ke
bentuk energi lainnya. Dengan demikian harus terdapat suatu kesetimbangan
energi dari masukan dan keluaran.
Dalam mesin pembakaran jenis reciprocating, bahan bakar diumpankan ke
dalam ruang bakar sehingga terbakar dalam udara, mengonversikan energi
kimianya menjadi panas. Tidak semua energi ini dapat menggerakkan piston
karena terdapat kerugian-kerugian, seperti ke saluran buang, ke pndingin, dan
radiasi. Energi yang tersisa, yang dikonversi menjadi tenaga, disebut tenaga
indikatif (indicated horse power, ihp). Tenaga inilah yang akan menggerakkan
piston. Tenaga yang menggerakkan piston ini dalam pentransmisiannya
mengalami kerugian karena gesekan, pemompaan, dan lain-lain[5].
2.1.1 Mesin otto (mesin pembakaran dalam jenis spark ignition/SIE)
Mesin otto, atau Beau de Roches merupakan mesin pengonversi energi tak
langsung, yaitu dari bahan bakar menjadi energi panas dan kemudian baru
menjadi energy mekanis. Jadi, energi kimia bahan bakar tidak dikonversikan
langsung menjadi energi mekanis. Efisiensi pengonversian energinya berkisar
30% (Ƞ t ± 30%). Hal ini karena rugi-rugi 50 % rugi panas, gesek/ mekanis, dan
pembakaran tak sempurna.
Seorang ilmuan jerman sekaligus penemu mesin otto yaitu A. Nikolaus
Otto pada tahun 1876 menemukan mesin pembakaran dalam. Ia mulai percobaan
dengan mesin gas dan pada 1864 ikut serta dengan 2 kawan untuk membentuk
perusahaannya sendiri. Perusahaan itu dinamai N. A. Otto & Cie., yang
6
Universitas Sumatera Utara
merupakan perusahaan pertama yang menghasilkan mesin pembakaran dalam.
Perusahaan ini masih ada sampai kini dengan nama Deutz AG.
Adapun bentuk karya beliau masih dipergunakan dan terus dikembangkan
hingga saat ini. Salah satu contoh mesin yang menggunakan mesin otto
ditunjukkan pada. Gambar 2.1 Berikut.
Gambar 2.1 A. Nikolaus Otto (sumber: sawanganmotor.blogspot.com)
Pertama kali dibuat pada 1876, tak(langkah) adalah berupa gerakan naik
atau turun pada piston silinder. Paten Otto dibuat tak berlaku pada 1886 saat
ditemukan bahwa penemu lain, Alphonse Beau de Rochas, telah membuat asas
putaran 4 tak dalam selebaran yang diterbitkan sendirian. Menurut studi sejarah
terkini, penemu Italia Eugenio Barsanti dan Felice Matteucci mempatenkan versi
efisien karya pertama dari mesin pembakaran dalam pada 1854.
A. Nikolaus Otto juga mengemukakan standar siklus udara yang ideal
dengan volume konstan selain panas, yang membentuk dasar untuk mesin spark –
ignition praktis (mesin bensin dan gas)[6]. Siklus ini ditampilkan pada p-v dan
diagram t-s pada Gambar 2.2 .
7
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 diagram p-v dan t-s otto Ideal (sumber: gupta - fundamentals of
internal combustion engine)
dimana :
1= kompresi berlangsung isentropis
2=Pemasukan kalor pada volume konstan dan tidak memerlukan waktu
3=ekspansi isentropis
4=pmbuangan kalor pada volume konstan
Pada Proses langkah kerja pada siklus actual, dalam kenyataannya tidak
dapat bekerja dalam kondisi siklus yang ideal. Adapun untuk siklus otto aktual
dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut.
Gambar 2.3 diagram p-v otto aktual (sumber: eprints.undip.ac.id)
Sistem siklus kerja mesin bensin dibedakan atas mesin bensin empat
langkah (four stroke) dan mesin bensin dua langkah (two stroke).
8
Universitas Sumatera Utara
a. Mesin bensin empat langkah
Mesin bensin empat langkah adalah mesin yang pada setiap empat langkah
torak/piston (dua putaran engkol) sempurna menghasilkan satu tenaga kerja (satu
langkah kerja).
•
Langkah pemasukan, yang dimulai dengan piston pada titik mati atas dan
berakhir ketika piston mencapai titik mati bawah. Untuk menaikkan massa
yang terhisap, katup masuk terbuka saat langkah ini dan menutup setelah
langkah ini berakhir.
•
Langkah kompresi, ketika kedua katup tertutup dan campuran di dalam
silinder terkompresi ke bagian kecil dari volume awalnya. Sesaat sebelum
akhir langkah kompresi ke bagian kecil dari volume awalnya. Sesaat
sebelum akhir langkah kompresi, pembakaran dimulai dan tekanan silinder
naik lebih cepat.
•
Langkah tenaga, atau langkah ekspansi, yang dimulai saat piston pada titik
mati atas dan berakhir sekitar 45o
sebelum titik mati bawah. Gas
bertekanan tinggi menekan piston turun dan memaksa engkol berputar.
Ketika piston mencapai titik mati bawah, katup buang terbuka untuk
memulai proses pembuangan dan menurunkan tekanan silinder hingga
mendekati tekanan pembuangan.
•
Langkah pembuangan, dimulai ketika piston mencapai titik mati bawah.
Ketika katup buang membuka, piston menyapu keluar sisa gas
pembakaran hingga piston mencapai titik mati atas. Bila piston mencapai
titik mati atas, katup masuk membuka, katup buang tertutup, dan siklus
dimulai lagi[5].
Pada Gambar 2.4 Berikut adalah siklus dari mesin bensin empat langkah
yang dimulai dari langkah pemasukan (intake) menuju langkah kompresi
(compression) kemudian langkah tenaga (power) dan diakhiri dengan langkah
pembuangan (exhaust)
9
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 siklus empat langkah (sumber: smkdhtk-panitiampv.blogspot.co.id)
b. Mesin bensin dua langkah
Mesin bensin dua langkah adalah mesin yang pada dua langkah
torak/piston (satu putaran engkol) sempurna akan mnghasilkan satu tenaga kerja
(satu langkah kerja).
•
Langkah Kompresi, yang dimulai dengan penutupan saluran masuk dan
keluar, dan kemudian menekan isi silinder dan menghisap campuran bahan
bakar udara bersih ke dalam rumah engkol
•
Langkah tenaga atau ekspansi, adalah ketika piston bergerak mencapai titik
tertentu sebelum titik mati bawah, pada awalnya saluran buang dan
kemudian saluran masuk terbuka. Sebagian besar gas yang terbakar keluar
silinder dalam proses exhaust blowdown. Ketika saluran masuk terbuka,
campuran bahan bakar dan udara bersih tertekan didalam rumah engkol,
mengalir ke dalam silinder. Piston dan saluran-saluran umumnya dibentuk
untuk membelokkan campuran yang masuk langsung menuju saluran buang
dan juga ditujukan untuk mendapatkan pembilasan gas residu secara efektif.
10
Universitas Sumatera Utara
Pada Gambar 2.5 Berikut adalah siklus dari mesin bensin dua langkah yang
divariasikan menurut langkah piston yaitu langkah piston menuju TMA dan
langkah piston menuju TMB.
Gambar 2.5 Siklus dua langkah (sumber:http://titi-sindhuwati.blogspot.co.id)
2.1.2
Mesin
Diesel
(mesin
pembakaran
dalam
jenis
compression
ignition/CIE)
Konsep pembakaran pada mesin diesel adalah melalui proses penyalaan
kompresi udara pada tekanan tinggi. Pembakaran itu dapat terjadi karena udara
dikompresi pada ruang dengan perbandingan kompresi jauh lebih besar daripada
mesin bensin. Akibatnya, udara akan mempunyai tekanan dan temperature
melebihi suhu dan tekanan penyalaan bahan bakar.
Rudolf diesel pada tahun 1892 memperkenalkan siklus pada mesin ini.
Sama halnya dengan mesin otto, mesin diesel ini masih tetap dipergunakan di
kalangan industri maupun sector transportasi. Pada Gambar 2.6 adalah salah satu
contoh produk mesin yang sampai saat ini masih terus digunakan dan
dikembangkan.
11
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Produk msin (sumber: ptkubota.co.id)
Siklus diesel adalah siklus teoritis pada kecepatan pelan untuk mesin jenis
compression-ignition. Dalam siklus ini, panas ditambahkan pada tekanan konstan
dan ditolak pada volume konstan. proses kompresi dan ekspansi adalah
isentropik. Untuk detail dari siklus ini ditunjukkan pada Gambar 2.7 berikut.
Gambar 2.7 diagram p-v dan t-s otto (sumber: gupta - fundamentals of internal
combustion engine)
dimana :
• Proses 1-2 adalah kompresi isentropik. tidak ada perpindahan panas
12
Universitas Sumatera Utara
• Proses 2-3 adalah reversibel proses tekanan konstan. panas dipasok selama
proses ini
• Proses 3-4 adalah ekspansi isentropik. tidak ada perpindahan panas
• Proses 4-1 adalah reversibel proses volume konstan. panas ditolak selama
proses ini
Sistem siklus kerja mesin diesel dapat dibedakan atas empat langkah (four
stroke) dan dua langkah (two stroke).
a. Mesin Diesel Empat Langkah
Sama halnya dengan pada mesin otto, mesin diesel empat langkah bekerja
bila empat kali grakan piston (dua kali putaran engkol) menghasilkan satu kali
kerja.
Secara skematis prinsip kerja mesin diesel empat langkah dapat dijelaskan
sebagai berikut :
•
Langkah pemasukan. Pada langkah ini katup masuk membuka dan katup
buang tertutup. Udara mngalir ke dalam silinder.
•
Langkah kompresi. Pada langkah ini kedua katup mertutup, piston bergerak
dari TMB ke TMA menekan udara yang ada dalam silinder sesaat sebelum
mencapai TMA, bahan bakar diinjeksikan.
•
Langkah ekspansi. Karena injeksi bahan bakar ke dalam silinder yang
bertemperatur tinggi, bahan bakar terbakar dan berekspansi menekan piston
untuk melakukan kerja sampai piston mencapai TMB
Pada Gambar 2.8 Berikut adalah siklus dari mesin diesel empat langkah
yang dimulai dari langkah pemasukan (intake) menuju langkah kompresi
(compression) kemudian langkah tenaga (power) dan diakhiri dengan langkah
pembuangan (exhaust).
13
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 siklus kerja mesin diesel 4 langkah
b.
Mesin Diesel Dua Langkah
Sama halnya dengan pada mesin otto, mesin diesel dua langkah bekerja
bila dua kali gerakan piston (satu kali putaran engkol) menghasilkan satu kali
kerja.
Dalam diesel, siklus dua langkah kedua katup adalah katup buang.
Saluran-saluran (lubang-lubang) pada dinding silinder yang terbuka dan tertutup
oleh gerakan piston memungkinkan udara mengalir ke dalam silinder. Ketika
piston berada pada TMB, saluran-saluran masuk terbuka, dan udara mengalir ke
dalam silinder dengan tekanan tinggi karena blower. Pada saat yang sama gas
buang terbuang keluar melalui katup-katup buang yang terbuka pada bagian atas
silinder[8].
Ketika piston naik, saluran-saluran masuk tertutup, katup-katup buang
menutup, dan udara dalam silinder tertekan. Bahan bakar diinjeksikan ketika
piston berada dekat titik mati atas dan terbakar oleh panas yang dihasilkan oleh
penekan udara. Gas berekspansi menekan piston turun untuk menghasilkan
tenaga. Berikut adalah skema mesin diesel 2 langkah yang ditunjukkan pada
Gambar 2.9.
14
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9 siklus kerja mesin diesel 2 langkah
(sumber:belajar.kemdikbud.go.id)
2.1.3 Mesin wankel
Mesin Wankel atau sering juga disebut mesin rotary adalah mesin
pembakaran dalam yang digerakkan oleh tekanan yang dihasilkan oleh
pembakaran diubah menjadi gerakan berputar pada rotor yang menggerakkan
sumbu. Salah satu produk mesin wankel dapat dilihat pada gambar 2.10 berikut.
Gambar 2.10 Mesin wankel(sumber:https://id.wikipedia.org/wiki/Berkas:Wankel)
15
Universitas Sumatera Utara
Felix Wankel seorang insinyur Jerman
yang mengembangkan mesin
wankel. Beliau memulai penelitiannya pada awal tahun 1950 di NSU
Motorenwerke AG. NSU selanjutnya melisensikan konsepnya kepada beberapa
perusahaan lain di berbagai Negara untuk memperbaiki konsepnya.
Mesin wankle memiliki sebuah rotor segitiga berkedudukan di dalam
rumah dan berputar mengitari sebuah tap eksentris. Rotor ini saling menangkap
dengan roda gigi tetap karena itu rotor membuat satu kali putaran setiap tiga kali
putaran poros. Kalau rotornya berputar, maka tiga buah ruang yang dibentuk oleh
rotor dan rumah selalu berubah isinya seperti pada torak yang bergerak bolak
balik mengubah ruangnya didalam silinder.
Dalam hal ini kalau rotornya berputar tiap ruang tersebut akan bertambah
besar atau mengecil dua kali. Kalau ruang tersebut bertambah besar pada bagian
pertama dari setengah putarannya, maka motor pembakarannya berada pada
langkah kompresi. Kalau ruang yang sama mengembang dan mengecil pada
setengah putaran berikutnya, maka motor pembakarannya secara berturut-turut
berada pada langkah ekspansi dan pembuangan. Karena itu daya yang dilakukan
oleh sebuah ruang dari motor pembakaran rotasi pada satu kali putaran rotor
adalah sama dengan proses empat langkah dari sebuah motor pembakaran torak
gerak bolak balik siklusnya dua kali putaran poros engkol.
Di dalam kedua ruang terjadi proses yang sama dan satu kali putaran
motor dibutuhkan tiga kali putaran poros utama. Jadi tiga ruang dari rotor tiga kali
putaran poros utama menghasilkan daya yang sama dengan motor pembakaran
dua langkah dengan silinder yang sma isinya. Daya yang dihasilkan oleh rotor
tersebut sama dengan motor pembakaran tiga silinder dua langkah. Maka dari itu
dapat dibangun dengan ukuran lebih kecil daripada motor pembakaran torak yang
menghasilkan daya yang sama dan kelebihannya ialah kurangnya getaran dan
baiknya kesetimbangan dari masa-masa yang bergerak.
Dalam hal ini motor pembakaran gerak torak berputar (rotary) mempunyai
persoalan perapatan (seal) berbentuk busur dengan kemiringan 25o terhadap
permukaan geseran dengan demikian luas perapat yang merapat pada rumah
16
Universitas Sumatera Utara
sempit. Hasilnya ialah tahan terhadap motor pembakaran yang rendah mutunya.
Kecuali itu ruang pembakarannya mempunyai daerah yang luas untuk
menghamburkan panasnya karena geseran yang datar.
2.2 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:
2.2.1 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) [9].
..
………………………………………………....….. (2.1)
dimana: PB = Daya Keluaran (Watt)
n = Putaran mesin (rpm)
T = Torsi (N.m)
2.2.2 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)
17
Universitas Sumatera Utara
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
berikut:
………………………………………………………(2.3)
dimana:
sgf = specific gravity.
Vf = volume bahan bakar yang diuji.
tf = waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji(detik)
2.2.3 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:
………………………………………………..….….(2.4)
Dimana:
AFR = air fuel ratio
ma = laju aliran massa udara (kg/jam)
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:
………………………….............(2.5)
18
Universitas Sumatera Utara
dimana: Pa = tekanan udara (Pa)
Ta = temperatur udara (K)
2.2.4 Effisiensi Thermal Brake
Daya aktual yang dihasilkan oleh mesin selalu lebih kecil daripada energi
yang seharusnya dihasilkan. Hal ini terjadi dikarenakan oleh adanya rugi-rugi
mekanis (mechanical losses). Semakin tinggi daya aktual yang dihasilkan oleh
mesin, maka efisiensi pun akan semakin tinggi. Efisiensi inilah yang sering
disebut dengan efisiensi thermal brake (brake thermal efficiency).
2.3 Bahan bakar
2.3.1 ELPIJI
ELPIJI adalah brand PERTAMINA untuk LPG (Liquefied Petroleum
Gas). LPG merupakan gas hidrokarbon produksi dari kilang minyak dan kilang
gas dengan komponen utama gas propane (C3H8) dan butane (C4H10)[11]. Di
Indonesia, LPG digunakan terutama sebagai bahan bakar untuk memasak.
Konsumen LPG bervariasi, mulai dari rumah tangga, kalangan komersial
(restoran, hotel) hingga industri. Di kalangan industri, LPG digunakan sebagai
bahan bakar pada industri makanan, gelas serta bahan bakar forklift. Selain itu,
LPG juga dapat digunakan sebagai bahan baku pada industri aerosol. Gambar
2.11 Contoh produk elpiji 3 kg di pasaran.
Gambar 2.11 Gas LPG 3 kg (sumber: www.asa-gas.com)
19
Universitas Sumatera Utara
Elpiji , pelafalan bahasa Indonesia dari akronim bahasa inggris LPG (liguified
petroleum gas) yang artinya gas minyak bumi yang dicairkan. Dengan menambah
tekan dan menurunkan suhunya. Gas berubah menjadi cair. Dalam kondisi
atmosfer akan berbentuk gas. Volume elpiji dalam bentuk cair lebih kecil
dibandingkan dalam bentuk gas untuk berat yang sama. Karena itu elpiji
dipasarkan dalam bentuk gas untuk berat yang sama. Karena itu elpiji
dipasarkandalam bentuk cair dalam tabung tabung logam bertekanan.
Untuk memungkinkan terjadinya ekspansi panas (thermal expansion) dari
cairan yang dikandungnya. Tabung elpiji tidak diisi secara penuh. Hanya sekitar
80-85% dari kapasitasnya. Rasio antara volume gas bila menguap dengan gas
dalam keadaan cair bervariasi tergantung komposisi tekanan dan temperature,
tetapi biasanya sekitar 250:1. Tekanan dimana elpiji berbentuk cair dinamakan
tekanan uap. Hal ini juga bervariasi tergantung komposisi dan temperature,
sebagai contoh. Dibutuhkan tekanan sekitar 220 kPa (2.2) bagi butana murni pada
20oC (68 oF) agar mencair, dan sekitar 2.2 MPa (22 bar) bagi propane murni pada
55oC (131oF).
2.3.1.1
SIFAT ELPIJI
Elpiji mempunya sifat yang berbeda dari bahan bakar minyak. Sifat elpiji
paling pokok adalah sebagai berikut :
• Cairan dan gasnya sangat mudah terbakar
• Gas tidak beracun, tidak berwarna dan biasanya berbau menyengat
• Gas dikirimkan sebagai cairan yang bertekanan di dalam tangki atau silinder
• Cairan dapat menguap jika dibuka dan menyebar dengan cepat
• Gas ini lebih berat disbanding udara sehingga akan banyak menempati daerah
yang rendah
2.3.1.2 Bahaya Elpiji
Salah satu resiko pengguanaan elpiji (LPG) adalah terjadinya kebocoran
pada tabung atau instalasi gas sehingga bila terkena api dapat menyebabkan
20
Universitas Sumatera Utara
kebakaran. Pada awalnya, gas elpiji tidak berbau, tapi bila demikian akan sulit
dideteksi apabila terjadi kebocoran pada tabung gas.
Menyadari hal itu, Pertamina menambahkan gas mercaptan yang baunya
khas dan menusuk hidung. Langkah itu sangat berguna untuk mendeteksi bila
terjadi kebocoran tabung gas. Tekanan elpiji cukup besar (tekanan uap sekitar 120
psig ), sehingga kebocoran elpiji akan membentuk gas secara cepat dan mengubah
volumenya menjadi lebih besar.
2.3.1.3 Harga Elpiji
Harga elpiji di tiap-tiap daerah cendrung berbeda. Gambar 2.12 Berikut
harga elpiji untuk wilayah Sumatera Utara dan sekitarnya :
Gambar 2.12 Pembelian Elpiji di SPBU
Harga elpiji 3 kg (tabung hijau) = Rp. 16.000
Harga elpiji 12 kg (tabung biru) = Rp 134.800
2.3.2
PERTAMAX
Pertamax adalah bahan bakar minyak andalan Pertamina. Pertamax,
seperti halnya Premium, adalah produk BBM dari pengolahan minyak bumi.
21
Universitas Sumatera Utara
Pertamax dihasilkan dengan penambahan zat aditif dalam proses pengolahannya
di kilang minyak. Pertamax pertama kali diluncurkan pada tanggal 10 Desember
1999 sebagai pengganti Premix 1994 dan Super TT 1998 karena unsur MTBE
yang berbahaya bagi lingkungan. Selain itu, Pertamax memiliki beberapa
keunggulan dibandingkan dengan Premium.
Pertamax pada Gambar 2.13 direkomendasikan untuk kendaraan yang
memiliki kompresi 9,1-10,1, terutama yang telah menggunakan teknologi setara
dengan Electronic Fuel Injection (EFI) dan catalytic converters (pengubah
katalitik).
Gambar 2.13 Pertamax (sumber: http://www.pertamina.com)
2.3.2.1 SIFAT PERTAMAX
Sekilas sifat pertamax serupa dengan premium pada umumnya. Tetapi
pertamax mempunyai sifat khusus. Sifat pertamax pada umumnya adalah sebagai
berikut :
•
Bebas timbal.
•
Oktan atau Research Octane Number (RON) yang lebih tinggi dari Premium,
dan Pertalite.
22
Universitas Sumatera Utara
•
Karena memiliki oktan tinggi, maka Pertamax bisa menerima tekanan pada
mesin berkompresi tinggi, sehingga dapat bekerja dengan optimal pada
gerakan piston. Hasilnya, tenaga mesin yang menggunakan Pertamax lebih
maksimal, karena BBM digunakan secara optimal. Sedangkan pada mesin
yang menggunakan Premium, BBM terbakar dan meledak, tidak sesuai
dengan gerakan piston. Gejala inilah yang dikenal dengan 'knocking' atau
mesin 'ngelitik'.
2.3.2.2
KEUNGGULAN PERTAMAX
Penggunaan Pertamax mampu menjadikan kendaraan lebih handal dalam
berkendara. Kondisi lalu lintas yang cenderung macet, menjadikan mesin
kendaraan bekerja lebih aktif dan berat. Penambahan zat additive di dalam
Pertamax membantu menghadapi masalah yang sering dihadapi oleh mesin
kendaraan dalam kondisi tersebut, sehingga mesin kendaraan tetap awet dan
mampu diandalkan. Adapun keunggulan dari bahan bakar ini adalah :
•
ecosave technology, Dapat melindungi mesin. Ecosave technology memang
dirancang khusus untuk menjaga kinerja mesin
•
Mesin lebih bersih, sebab pertamax diformulasikan khusus untuk menjaga
mesin tetap bersih dari penumpukan karbon yang mengganggu kinerja
mesin kendaraan.
•
Anti knocking, formula pertamax mampu mencegah terjadinya knocking di
dalam mesin sehingga suara mesin menjadi lebih halus.
2.3.2.3
Harga pertamax
Harga pertamax di Indonesia mengalami penaikan dan penurunan
mengikuti kebijakan pemerintah. Pada Gambar 2.14
Berikut adalah harga
pertamax di daerah-daerah di Indonesia yang diinput pada tanggal 1 maret 2016.
23
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.14 Harga pertamax (sumber: http://www.pertamina.com)
2.4 KONVERTER KIT
Sistem bahan bakar elpiji sebagian berbeda dengan yang ada pada mesin
bensin. Pada mesin bensin, udara disebabkan oleh bekerjanya pompa piston yang
memberi pengarauh pada karburator dengan menimbulkan vakum yang akan
menarik bahan bakar bensin dari selang bahan bakar. Pada aliran udara
berkecepatan tinggi, bensin dibentuk dalam tetes-tetes kecil (automized) dan
bercampur dengan udara. Campuran ini umumnya tidak sehomogen atau seuniform campuran udara/ elpiji [12].
Pada umumnya kendaraan yang diproduksi di Indonesia menggunakan
bahan bakar minyak sebagai bahan bakar utama untuk mesin penggeraknya.
Tentunya dalam hal ini pengkonversian bahan bakar ke gas tidak bisa langsung
diaplikasikan sebelum memodifikasi sistem bahan bakar khusus untuk bahan
bakar gas. Modifikasi ini dilakukan agar mesin yang diproduksi untuk bahan
bakar bensin dapat digunakan untuk bahan bakar gas juga. Oleh karena itu, untuk
mesin kendaraan yang akan menggukan bahan bakar gas, perlu adanya konverter
kit. Konverter kit adalah sebuah peralatan yang dibutuhkan untuk kendaraan atau
mesin yang menggunakan gas sebagai bahan bakar.
Dalam pemakaian BBG untuk kendaraan tidak ada perubahan-perubahan
pada mesin kendaraan, yang ada hanya penambahan peralatan kit konversi. Bila
24
Universitas Sumatera Utara
prosedur pemasangan dan pemeliharaan alat ini dilaksanakan dengan baik maka
penggunaanya akan aman
[13]
. Ada pun skema dari sistem bahan bakar untuk gas
ini dimulai dari tabung BBG kemudian dialirkan ke konverter kit menggunakan
pipa/selang gas tekanan tinggi. Di dalam konverter kit, tekanan gas diturunkan ke
atmosfir oleh penurun tekanan. Kemudian dicampur dengan udara oleh
pencampur dengan udara oleh pencampur udara dan gas. Selanjutnya bahan bakar
gas masuk ke mesin untuk dibakar.
Agar sepeda motor dapat beroperasi dengan baik maka diperlukan syarat
yang harus dibutuhkan pada sistem konvertr kit. Adapun Kebutuhan Utama dari
alat ini adalah:
a. Engine/Mesin Dapat Hidup Dalam Keadaan Stasioner/Idle
b. Putaran Engine dapat bervarisi (lambat-sedang-tinggi) sesuai pijakan pedal
gas
Untuk Mengatasi Kebutuhan Engine Maka Konverter Kit Dilengkapi Dengan :
*Idle
Speed Regulator : untuk mengatur kecepatan pada saat engine
dalam
keadaan idle/stasioner
*Variable Speed Regulator :Untuk Mengatur Putaran/Kecepatan Bervariasi
2.5
Teori Pembakaran dalam motor bensin
Pada mesin, campuran bahan bakar yang mudah terbakar pada umumnya
disuplai oleh karbuarator dan pembakaran dimulai dengan penyalaan elektrik yang
diberikan oleh busi. Pemanasan kimia untuk pembakaran hidrokarbon dapat
dituliskan dengan C8H18 (Iso-oktan)[5]. Adapun bentuk persamaannya adalah :
C8H18+12.5 O2 = 8 CO2 + 9 H2 O
Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan
panas.Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar
sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Bedasarkan
25
Universitas Sumatera Utara
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 nili kalor bawah.
Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang
diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil
pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar
uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan
panas latennya.
Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan
bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya
kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu
satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran
sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari
jumlah mol hidrogennya.
2.6 EMISI GAS BUANG
Susunan gas buanag dapat juga ditentukan dengan menggunakan alat
penguji gas buang. Alat ini dipakai untuk menetapkan apakah campuran yang
dihisap itu miskin, baik atau kaya. Bila terlalu kaya berarti terlalu banyak
menggunakan bensin. Bila campuran terlalu kaya/banyak maka mesin terlalu
banayak menggunakan bahan bakar, tapi jikalau terlalu miskin bahan bakar maka
mesin tidak akan mencapai tenaga penuh dan terjadi panas yang belebihan pada
mesin[14] .
Alat penguji itu memberikan hasil baik bila instalasi pengapian serta alatalat mekanisnya semua dalam keadaan baik. Gambar 2.15 berikut merupakan
contoh buruk polusi yang dihasilkan oleh kendaraan
26
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.15 Polusi gas buang kendaraan (sumber: www.otosia.com)
Adapun zat-zat yang merugikan dalam gas buang adalah :
o
CH (karbon hydrogen yang tidak terbakar). Ini merupakan
penghisapan bensin. Dan bensin yang tidak terbakar.
o
NO (nitrogen monoksida). Gas ini dibentuk dalam motor, khusus
pada suhu tinggi. Diudara luar masih menyatu dengan zat asam,
sehingga terjadilah nitrogine dioksida (NO 2). Dibawah pengaruh
sinar matahari akan timbul kabut . Bagi kehidupan manusia , NO2
dapat menimbulkan rasa nyeri
pada mata. Gas ini juga dapat
merusak tumbuh-tumbuhan. Bila tidak ada angin, maka kabut tadi
tetap menggantung sebagai kotoran yang menimbulkan udara tidak
enak serta dapat merusak kesehatan.
o
CO (karbon monoksida). Gas ini dalam badan manusia menyerang
butir-butir darah merah, yang bertugas membawa zat asam ke
seluruh badan. Di dalam ruang tertutup, persentase volume CO dan
0.1 % atau lebih tinggi sudah dapat mematikan. Adapun nama
popular untuk sebutan karbon monoksida ini adalah uap karbon.
Untuk mengetahui ambang batas dari emisi gas buang yang diperbolehkan
dapat dilihat pada Lampiran 1.
27
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Mesin Pembakaran dalam
Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) adalah mesin yang
memamfaatkan fluida kerja/gas panas hasil pembakaran, dimana antara medium
yang memanfaatkan fluida dengan fluida kerjanya tidak dipisahkan oleh dinding
pemisah.
Dari hukum termodinamika pertama,energi tidak dapat diciptakan dan
tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat dikonversikan dari satu bentuk energi ke
bentuk energi lainnya. Dengan demikian harus terdapat suatu kesetimbangan
energi dari masukan dan keluaran.
Dalam mesin pembakaran jenis reciprocating, bahan bakar diumpankan ke
dalam ruang bakar sehingga terbakar dalam udara, mengonversikan energi
kimianya menjadi panas. Tidak semua energi ini dapat menggerakkan piston
karena terdapat kerugian-kerugian, seperti ke saluran buang, ke pndingin, dan
radiasi. Energi yang tersisa, yang dikonversi menjadi tenaga, disebut tenaga
indikatif (indicated horse power, ihp). Tenaga inilah yang akan menggerakkan
piston. Tenaga yang menggerakkan piston ini dalam pentransmisiannya
mengalami kerugian karena gesekan, pemompaan, dan lain-lain[5].
2.1.1 Mesin otto (mesin pembakaran dalam jenis spark ignition/SIE)
Mesin otto, atau Beau de Roches merupakan mesin pengonversi energi tak
langsung, yaitu dari bahan bakar menjadi energi panas dan kemudian baru
menjadi energy mekanis. Jadi, energi kimia bahan bakar tidak dikonversikan
langsung menjadi energi mekanis. Efisiensi pengonversian energinya berkisar
30% (Ƞ t ± 30%). Hal ini karena rugi-rugi 50 % rugi panas, gesek/ mekanis, dan
pembakaran tak sempurna.
Seorang ilmuan jerman sekaligus penemu mesin otto yaitu A. Nikolaus
Otto pada tahun 1876 menemukan mesin pembakaran dalam. Ia mulai percobaan
dengan mesin gas dan pada 1864 ikut serta dengan 2 kawan untuk membentuk
perusahaannya sendiri. Perusahaan itu dinamai N. A. Otto & Cie., yang
6
Universitas Sumatera Utara
merupakan perusahaan pertama yang menghasilkan mesin pembakaran dalam.
Perusahaan ini masih ada sampai kini dengan nama Deutz AG.
Adapun bentuk karya beliau masih dipergunakan dan terus dikembangkan
hingga saat ini. Salah satu contoh mesin yang menggunakan mesin otto
ditunjukkan pada. Gambar 2.1 Berikut.
Gambar 2.1 A. Nikolaus Otto (sumber: sawanganmotor.blogspot.com)
Pertama kali dibuat pada 1876, tak(langkah) adalah berupa gerakan naik
atau turun pada piston silinder. Paten Otto dibuat tak berlaku pada 1886 saat
ditemukan bahwa penemu lain, Alphonse Beau de Rochas, telah membuat asas
putaran 4 tak dalam selebaran yang diterbitkan sendirian. Menurut studi sejarah
terkini, penemu Italia Eugenio Barsanti dan Felice Matteucci mempatenkan versi
efisien karya pertama dari mesin pembakaran dalam pada 1854.
A. Nikolaus Otto juga mengemukakan standar siklus udara yang ideal
dengan volume konstan selain panas, yang membentuk dasar untuk mesin spark –
ignition praktis (mesin bensin dan gas)[6]. Siklus ini ditampilkan pada p-v dan
diagram t-s pada Gambar 2.2 .
7
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 diagram p-v dan t-s otto Ideal (sumber: gupta - fundamentals of
internal combustion engine)
dimana :
1= kompresi berlangsung isentropis
2=Pemasukan kalor pada volume konstan dan tidak memerlukan waktu
3=ekspansi isentropis
4=pmbuangan kalor pada volume konstan
Pada Proses langkah kerja pada siklus actual, dalam kenyataannya tidak
dapat bekerja dalam kondisi siklus yang ideal. Adapun untuk siklus otto aktual
dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut.
Gambar 2.3 diagram p-v otto aktual (sumber: eprints.undip.ac.id)
Sistem siklus kerja mesin bensin dibedakan atas mesin bensin empat
langkah (four stroke) dan mesin bensin dua langkah (two stroke).
8
Universitas Sumatera Utara
a. Mesin bensin empat langkah
Mesin bensin empat langkah adalah mesin yang pada setiap empat langkah
torak/piston (dua putaran engkol) sempurna menghasilkan satu tenaga kerja (satu
langkah kerja).
•
Langkah pemasukan, yang dimulai dengan piston pada titik mati atas dan
berakhir ketika piston mencapai titik mati bawah. Untuk menaikkan massa
yang terhisap, katup masuk terbuka saat langkah ini dan menutup setelah
langkah ini berakhir.
•
Langkah kompresi, ketika kedua katup tertutup dan campuran di dalam
silinder terkompresi ke bagian kecil dari volume awalnya. Sesaat sebelum
akhir langkah kompresi ke bagian kecil dari volume awalnya. Sesaat
sebelum akhir langkah kompresi, pembakaran dimulai dan tekanan silinder
naik lebih cepat.
•
Langkah tenaga, atau langkah ekspansi, yang dimulai saat piston pada titik
mati atas dan berakhir sekitar 45o
sebelum titik mati bawah. Gas
bertekanan tinggi menekan piston turun dan memaksa engkol berputar.
Ketika piston mencapai titik mati bawah, katup buang terbuka untuk
memulai proses pembuangan dan menurunkan tekanan silinder hingga
mendekati tekanan pembuangan.
•
Langkah pembuangan, dimulai ketika piston mencapai titik mati bawah.
Ketika katup buang membuka, piston menyapu keluar sisa gas
pembakaran hingga piston mencapai titik mati atas. Bila piston mencapai
titik mati atas, katup masuk membuka, katup buang tertutup, dan siklus
dimulai lagi[5].
Pada Gambar 2.4 Berikut adalah siklus dari mesin bensin empat langkah
yang dimulai dari langkah pemasukan (intake) menuju langkah kompresi
(compression) kemudian langkah tenaga (power) dan diakhiri dengan langkah
pembuangan (exhaust)
9
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 siklus empat langkah (sumber: smkdhtk-panitiampv.blogspot.co.id)
b. Mesin bensin dua langkah
Mesin bensin dua langkah adalah mesin yang pada dua langkah
torak/piston (satu putaran engkol) sempurna akan mnghasilkan satu tenaga kerja
(satu langkah kerja).
•
Langkah Kompresi, yang dimulai dengan penutupan saluran masuk dan
keluar, dan kemudian menekan isi silinder dan menghisap campuran bahan
bakar udara bersih ke dalam rumah engkol
•
Langkah tenaga atau ekspansi, adalah ketika piston bergerak mencapai titik
tertentu sebelum titik mati bawah, pada awalnya saluran buang dan
kemudian saluran masuk terbuka. Sebagian besar gas yang terbakar keluar
silinder dalam proses exhaust blowdown. Ketika saluran masuk terbuka,
campuran bahan bakar dan udara bersih tertekan didalam rumah engkol,
mengalir ke dalam silinder. Piston dan saluran-saluran umumnya dibentuk
untuk membelokkan campuran yang masuk langsung menuju saluran buang
dan juga ditujukan untuk mendapatkan pembilasan gas residu secara efektif.
10
Universitas Sumatera Utara
Pada Gambar 2.5 Berikut adalah siklus dari mesin bensin dua langkah yang
divariasikan menurut langkah piston yaitu langkah piston menuju TMA dan
langkah piston menuju TMB.
Gambar 2.5 Siklus dua langkah (sumber:http://titi-sindhuwati.blogspot.co.id)
2.1.2
Mesin
Diesel
(mesin
pembakaran
dalam
jenis
compression
ignition/CIE)
Konsep pembakaran pada mesin diesel adalah melalui proses penyalaan
kompresi udara pada tekanan tinggi. Pembakaran itu dapat terjadi karena udara
dikompresi pada ruang dengan perbandingan kompresi jauh lebih besar daripada
mesin bensin. Akibatnya, udara akan mempunyai tekanan dan temperature
melebihi suhu dan tekanan penyalaan bahan bakar.
Rudolf diesel pada tahun 1892 memperkenalkan siklus pada mesin ini.
Sama halnya dengan mesin otto, mesin diesel ini masih tetap dipergunakan di
kalangan industri maupun sector transportasi. Pada Gambar 2.6 adalah salah satu
contoh produk mesin yang sampai saat ini masih terus digunakan dan
dikembangkan.
11
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Produk msin (sumber: ptkubota.co.id)
Siklus diesel adalah siklus teoritis pada kecepatan pelan untuk mesin jenis
compression-ignition. Dalam siklus ini, panas ditambahkan pada tekanan konstan
dan ditolak pada volume konstan. proses kompresi dan ekspansi adalah
isentropik. Untuk detail dari siklus ini ditunjukkan pada Gambar 2.7 berikut.
Gambar 2.7 diagram p-v dan t-s otto (sumber: gupta - fundamentals of internal
combustion engine)
dimana :
• Proses 1-2 adalah kompresi isentropik. tidak ada perpindahan panas
12
Universitas Sumatera Utara
• Proses 2-3 adalah reversibel proses tekanan konstan. panas dipasok selama
proses ini
• Proses 3-4 adalah ekspansi isentropik. tidak ada perpindahan panas
• Proses 4-1 adalah reversibel proses volume konstan. panas ditolak selama
proses ini
Sistem siklus kerja mesin diesel dapat dibedakan atas empat langkah (four
stroke) dan dua langkah (two stroke).
a. Mesin Diesel Empat Langkah
Sama halnya dengan pada mesin otto, mesin diesel empat langkah bekerja
bila empat kali grakan piston (dua kali putaran engkol) menghasilkan satu kali
kerja.
Secara skematis prinsip kerja mesin diesel empat langkah dapat dijelaskan
sebagai berikut :
•
Langkah pemasukan. Pada langkah ini katup masuk membuka dan katup
buang tertutup. Udara mngalir ke dalam silinder.
•
Langkah kompresi. Pada langkah ini kedua katup mertutup, piston bergerak
dari TMB ke TMA menekan udara yang ada dalam silinder sesaat sebelum
mencapai TMA, bahan bakar diinjeksikan.
•
Langkah ekspansi. Karena injeksi bahan bakar ke dalam silinder yang
bertemperatur tinggi, bahan bakar terbakar dan berekspansi menekan piston
untuk melakukan kerja sampai piston mencapai TMB
Pada Gambar 2.8 Berikut adalah siklus dari mesin diesel empat langkah
yang dimulai dari langkah pemasukan (intake) menuju langkah kompresi
(compression) kemudian langkah tenaga (power) dan diakhiri dengan langkah
pembuangan (exhaust).
13
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 siklus kerja mesin diesel 4 langkah
b.
Mesin Diesel Dua Langkah
Sama halnya dengan pada mesin otto, mesin diesel dua langkah bekerja
bila dua kali gerakan piston (satu kali putaran engkol) menghasilkan satu kali
kerja.
Dalam diesel, siklus dua langkah kedua katup adalah katup buang.
Saluran-saluran (lubang-lubang) pada dinding silinder yang terbuka dan tertutup
oleh gerakan piston memungkinkan udara mengalir ke dalam silinder. Ketika
piston berada pada TMB, saluran-saluran masuk terbuka, dan udara mengalir ke
dalam silinder dengan tekanan tinggi karena blower. Pada saat yang sama gas
buang terbuang keluar melalui katup-katup buang yang terbuka pada bagian atas
silinder[8].
Ketika piston naik, saluran-saluran masuk tertutup, katup-katup buang
menutup, dan udara dalam silinder tertekan. Bahan bakar diinjeksikan ketika
piston berada dekat titik mati atas dan terbakar oleh panas yang dihasilkan oleh
penekan udara. Gas berekspansi menekan piston turun untuk menghasilkan
tenaga. Berikut adalah skema mesin diesel 2 langkah yang ditunjukkan pada
Gambar 2.9.
14
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.9 siklus kerja mesin diesel 2 langkah
(sumber:belajar.kemdikbud.go.id)
2.1.3 Mesin wankel
Mesin Wankel atau sering juga disebut mesin rotary adalah mesin
pembakaran dalam yang digerakkan oleh tekanan yang dihasilkan oleh
pembakaran diubah menjadi gerakan berputar pada rotor yang menggerakkan
sumbu. Salah satu produk mesin wankel dapat dilihat pada gambar 2.10 berikut.
Gambar 2.10 Mesin wankel(sumber:https://id.wikipedia.org/wiki/Berkas:Wankel)
15
Universitas Sumatera Utara
Felix Wankel seorang insinyur Jerman
yang mengembangkan mesin
wankel. Beliau memulai penelitiannya pada awal tahun 1950 di NSU
Motorenwerke AG. NSU selanjutnya melisensikan konsepnya kepada beberapa
perusahaan lain di berbagai Negara untuk memperbaiki konsepnya.
Mesin wankle memiliki sebuah rotor segitiga berkedudukan di dalam
rumah dan berputar mengitari sebuah tap eksentris. Rotor ini saling menangkap
dengan roda gigi tetap karena itu rotor membuat satu kali putaran setiap tiga kali
putaran poros. Kalau rotornya berputar, maka tiga buah ruang yang dibentuk oleh
rotor dan rumah selalu berubah isinya seperti pada torak yang bergerak bolak
balik mengubah ruangnya didalam silinder.
Dalam hal ini kalau rotornya berputar tiap ruang tersebut akan bertambah
besar atau mengecil dua kali. Kalau ruang tersebut bertambah besar pada bagian
pertama dari setengah putarannya, maka motor pembakarannya berada pada
langkah kompresi. Kalau ruang yang sama mengembang dan mengecil pada
setengah putaran berikutnya, maka motor pembakarannya secara berturut-turut
berada pada langkah ekspansi dan pembuangan. Karena itu daya yang dilakukan
oleh sebuah ruang dari motor pembakaran rotasi pada satu kali putaran rotor
adalah sama dengan proses empat langkah dari sebuah motor pembakaran torak
gerak bolak balik siklusnya dua kali putaran poros engkol.
Di dalam kedua ruang terjadi proses yang sama dan satu kali putaran
motor dibutuhkan tiga kali putaran poros utama. Jadi tiga ruang dari rotor tiga kali
putaran poros utama menghasilkan daya yang sama dengan motor pembakaran
dua langkah dengan silinder yang sma isinya. Daya yang dihasilkan oleh rotor
tersebut sama dengan motor pembakaran tiga silinder dua langkah. Maka dari itu
dapat dibangun dengan ukuran lebih kecil daripada motor pembakaran torak yang
menghasilkan daya yang sama dan kelebihannya ialah kurangnya getaran dan
baiknya kesetimbangan dari masa-masa yang bergerak.
Dalam hal ini motor pembakaran gerak torak berputar (rotary) mempunyai
persoalan perapatan (seal) berbentuk busur dengan kemiringan 25o terhadap
permukaan geseran dengan demikian luas perapat yang merapat pada rumah
16
Universitas Sumatera Utara
sempit. Hasilnya ialah tahan terhadap motor pembakaran yang rendah mutunya.
Kecuali itu ruang pembakarannya mempunyai daerah yang luas untuk
menghamburkan panasnya karena geseran yang datar.
2.2 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:
2.2.1 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) [9].
..
………………………………………………....….. (2.1)
dimana: PB = Daya Keluaran (Watt)
n = Putaran mesin (rpm)
T = Torsi (N.m)
2.2.2 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)
17
Universitas Sumatera Utara
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
berikut:
………………………………………………………(2.3)
dimana:
sgf = specific gravity.
Vf = volume bahan bakar yang diuji.
tf = waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji(detik)
2.2.3 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:
………………………………………………..….….(2.4)
Dimana:
AFR = air fuel ratio
ma = laju aliran massa udara (kg/jam)
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:
………………………….............(2.5)
18
Universitas Sumatera Utara
dimana: Pa = tekanan udara (Pa)
Ta = temperatur udara (K)
2.2.4 Effisiensi Thermal Brake
Daya aktual yang dihasilkan oleh mesin selalu lebih kecil daripada energi
yang seharusnya dihasilkan. Hal ini terjadi dikarenakan oleh adanya rugi-rugi
mekanis (mechanical losses). Semakin tinggi daya aktual yang dihasilkan oleh
mesin, maka efisiensi pun akan semakin tinggi. Efisiensi inilah yang sering
disebut dengan efisiensi thermal brake (brake thermal efficiency).
2.3 Bahan bakar
2.3.1 ELPIJI
ELPIJI adalah brand PERTAMINA untuk LPG (Liquefied Petroleum
Gas). LPG merupakan gas hidrokarbon produksi dari kilang minyak dan kilang
gas dengan komponen utama gas propane (C3H8) dan butane (C4H10)[11]. Di
Indonesia, LPG digunakan terutama sebagai bahan bakar untuk memasak.
Konsumen LPG bervariasi, mulai dari rumah tangga, kalangan komersial
(restoran, hotel) hingga industri. Di kalangan industri, LPG digunakan sebagai
bahan bakar pada industri makanan, gelas serta bahan bakar forklift. Selain itu,
LPG juga dapat digunakan sebagai bahan baku pada industri aerosol. Gambar
2.11 Contoh produk elpiji 3 kg di pasaran.
Gambar 2.11 Gas LPG 3 kg (sumber: www.asa-gas.com)
19
Universitas Sumatera Utara
Elpiji , pelafalan bahasa Indonesia dari akronim bahasa inggris LPG (liguified
petroleum gas) yang artinya gas minyak bumi yang dicairkan. Dengan menambah
tekan dan menurunkan suhunya. Gas berubah menjadi cair. Dalam kondisi
atmosfer akan berbentuk gas. Volume elpiji dalam bentuk cair lebih kecil
dibandingkan dalam bentuk gas untuk berat yang sama. Karena itu elpiji
dipasarkan dalam bentuk gas untuk berat yang sama. Karena itu elpiji
dipasarkandalam bentuk cair dalam tabung tabung logam bertekanan.
Untuk memungkinkan terjadinya ekspansi panas (thermal expansion) dari
cairan yang dikandungnya. Tabung elpiji tidak diisi secara penuh. Hanya sekitar
80-85% dari kapasitasnya. Rasio antara volume gas bila menguap dengan gas
dalam keadaan cair bervariasi tergantung komposisi tekanan dan temperature,
tetapi biasanya sekitar 250:1. Tekanan dimana elpiji berbentuk cair dinamakan
tekanan uap. Hal ini juga bervariasi tergantung komposisi dan temperature,
sebagai contoh. Dibutuhkan tekanan sekitar 220 kPa (2.2) bagi butana murni pada
20oC (68 oF) agar mencair, dan sekitar 2.2 MPa (22 bar) bagi propane murni pada
55oC (131oF).
2.3.1.1
SIFAT ELPIJI
Elpiji mempunya sifat yang berbeda dari bahan bakar minyak. Sifat elpiji
paling pokok adalah sebagai berikut :
• Cairan dan gasnya sangat mudah terbakar
• Gas tidak beracun, tidak berwarna dan biasanya berbau menyengat
• Gas dikirimkan sebagai cairan yang bertekanan di dalam tangki atau silinder
• Cairan dapat menguap jika dibuka dan menyebar dengan cepat
• Gas ini lebih berat disbanding udara sehingga akan banyak menempati daerah
yang rendah
2.3.1.2 Bahaya Elpiji
Salah satu resiko pengguanaan elpiji (LPG) adalah terjadinya kebocoran
pada tabung atau instalasi gas sehingga bila terkena api dapat menyebabkan
20
Universitas Sumatera Utara
kebakaran. Pada awalnya, gas elpiji tidak berbau, tapi bila demikian akan sulit
dideteksi apabila terjadi kebocoran pada tabung gas.
Menyadari hal itu, Pertamina menambahkan gas mercaptan yang baunya
khas dan menusuk hidung. Langkah itu sangat berguna untuk mendeteksi bila
terjadi kebocoran tabung gas. Tekanan elpiji cukup besar (tekanan uap sekitar 120
psig ), sehingga kebocoran elpiji akan membentuk gas secara cepat dan mengubah
volumenya menjadi lebih besar.
2.3.1.3 Harga Elpiji
Harga elpiji di tiap-tiap daerah cendrung berbeda. Gambar 2.12 Berikut
harga elpiji untuk wilayah Sumatera Utara dan sekitarnya :
Gambar 2.12 Pembelian Elpiji di SPBU
Harga elpiji 3 kg (tabung hijau) = Rp. 16.000
Harga elpiji 12 kg (tabung biru) = Rp 134.800
2.3.2
PERTAMAX
Pertamax adalah bahan bakar minyak andalan Pertamina. Pertamax,
seperti halnya Premium, adalah produk BBM dari pengolahan minyak bumi.
21
Universitas Sumatera Utara
Pertamax dihasilkan dengan penambahan zat aditif dalam proses pengolahannya
di kilang minyak. Pertamax pertama kali diluncurkan pada tanggal 10 Desember
1999 sebagai pengganti Premix 1994 dan Super TT 1998 karena unsur MTBE
yang berbahaya bagi lingkungan. Selain itu, Pertamax memiliki beberapa
keunggulan dibandingkan dengan Premium.
Pertamax pada Gambar 2.13 direkomendasikan untuk kendaraan yang
memiliki kompresi 9,1-10,1, terutama yang telah menggunakan teknologi setara
dengan Electronic Fuel Injection (EFI) dan catalytic converters (pengubah
katalitik).
Gambar 2.13 Pertamax (sumber: http://www.pertamina.com)
2.3.2.1 SIFAT PERTAMAX
Sekilas sifat pertamax serupa dengan premium pada umumnya. Tetapi
pertamax mempunyai sifat khusus. Sifat pertamax pada umumnya adalah sebagai
berikut :
•
Bebas timbal.
•
Oktan atau Research Octane Number (RON) yang lebih tinggi dari Premium,
dan Pertalite.
22
Universitas Sumatera Utara
•
Karena memiliki oktan tinggi, maka Pertamax bisa menerima tekanan pada
mesin berkompresi tinggi, sehingga dapat bekerja dengan optimal pada
gerakan piston. Hasilnya, tenaga mesin yang menggunakan Pertamax lebih
maksimal, karena BBM digunakan secara optimal. Sedangkan pada mesin
yang menggunakan Premium, BBM terbakar dan meledak, tidak sesuai
dengan gerakan piston. Gejala inilah yang dikenal dengan 'knocking' atau
mesin 'ngelitik'.
2.3.2.2
KEUNGGULAN PERTAMAX
Penggunaan Pertamax mampu menjadikan kendaraan lebih handal dalam
berkendara. Kondisi lalu lintas yang cenderung macet, menjadikan mesin
kendaraan bekerja lebih aktif dan berat. Penambahan zat additive di dalam
Pertamax membantu menghadapi masalah yang sering dihadapi oleh mesin
kendaraan dalam kondisi tersebut, sehingga mesin kendaraan tetap awet dan
mampu diandalkan. Adapun keunggulan dari bahan bakar ini adalah :
•
ecosave technology, Dapat melindungi mesin. Ecosave technology memang
dirancang khusus untuk menjaga kinerja mesin
•
Mesin lebih bersih, sebab pertamax diformulasikan khusus untuk menjaga
mesin tetap bersih dari penumpukan karbon yang mengganggu kinerja
mesin kendaraan.
•
Anti knocking, formula pertamax mampu mencegah terjadinya knocking di
dalam mesin sehingga suara mesin menjadi lebih halus.
2.3.2.3
Harga pertamax
Harga pertamax di Indonesia mengalami penaikan dan penurunan
mengikuti kebijakan pemerintah. Pada Gambar 2.14
Berikut adalah harga
pertamax di daerah-daerah di Indonesia yang diinput pada tanggal 1 maret 2016.
23
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.14 Harga pertamax (sumber: http://www.pertamina.com)
2.4 KONVERTER KIT
Sistem bahan bakar elpiji sebagian berbeda dengan yang ada pada mesin
bensin. Pada mesin bensin, udara disebabkan oleh bekerjanya pompa piston yang
memberi pengarauh pada karburator dengan menimbulkan vakum yang akan
menarik bahan bakar bensin dari selang bahan bakar. Pada aliran udara
berkecepatan tinggi, bensin dibentuk dalam tetes-tetes kecil (automized) dan
bercampur dengan udara. Campuran ini umumnya tidak sehomogen atau seuniform campuran udara/ elpiji [12].
Pada umumnya kendaraan yang diproduksi di Indonesia menggunakan
bahan bakar minyak sebagai bahan bakar utama untuk mesin penggeraknya.
Tentunya dalam hal ini pengkonversian bahan bakar ke gas tidak bisa langsung
diaplikasikan sebelum memodifikasi sistem bahan bakar khusus untuk bahan
bakar gas. Modifikasi ini dilakukan agar mesin yang diproduksi untuk bahan
bakar bensin dapat digunakan untuk bahan bakar gas juga. Oleh karena itu, untuk
mesin kendaraan yang akan menggukan bahan bakar gas, perlu adanya konverter
kit. Konverter kit adalah sebuah peralatan yang dibutuhkan untuk kendaraan atau
mesin yang menggunakan gas sebagai bahan bakar.
Dalam pemakaian BBG untuk kendaraan tidak ada perubahan-perubahan
pada mesin kendaraan, yang ada hanya penambahan peralatan kit konversi. Bila
24
Universitas Sumatera Utara
prosedur pemasangan dan pemeliharaan alat ini dilaksanakan dengan baik maka
penggunaanya akan aman
[13]
. Ada pun skema dari sistem bahan bakar untuk gas
ini dimulai dari tabung BBG kemudian dialirkan ke konverter kit menggunakan
pipa/selang gas tekanan tinggi. Di dalam konverter kit, tekanan gas diturunkan ke
atmosfir oleh penurun tekanan. Kemudian dicampur dengan udara oleh
pencampur dengan udara oleh pencampur udara dan gas. Selanjutnya bahan bakar
gas masuk ke mesin untuk dibakar.
Agar sepeda motor dapat beroperasi dengan baik maka diperlukan syarat
yang harus dibutuhkan pada sistem konvertr kit. Adapun Kebutuhan Utama dari
alat ini adalah:
a. Engine/Mesin Dapat Hidup Dalam Keadaan Stasioner/Idle
b. Putaran Engine dapat bervarisi (lambat-sedang-tinggi) sesuai pijakan pedal
gas
Untuk Mengatasi Kebutuhan Engine Maka Konverter Kit Dilengkapi Dengan :
*Idle
Speed Regulator : untuk mengatur kecepatan pada saat engine
dalam
keadaan idle/stasioner
*Variable Speed Regulator :Untuk Mengatur Putaran/Kecepatan Bervariasi
2.5
Teori Pembakaran dalam motor bensin
Pada mesin, campuran bahan bakar yang mudah terbakar pada umumnya
disuplai oleh karbuarator dan pembakaran dimulai dengan penyalaan elektrik yang
diberikan oleh busi. Pemanasan kimia untuk pembakaran hidrokarbon dapat
dituliskan dengan C8H18 (Iso-oktan)[5]. Adapun bentuk persamaannya adalah :
C8H18+12.5 O2 = 8 CO2 + 9 H2 O
Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan
panas.Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar
sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Bedasarkan
25
Universitas Sumatera Utara
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 nili kalor bawah.
Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang
diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil
pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar
uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan
panas latennya.
Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan
bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya
kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu
satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran
sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari
jumlah mol hidrogennya.
2.6 EMISI GAS BUANG
Susunan gas buanag dapat juga ditentukan dengan menggunakan alat
penguji gas buang. Alat ini dipakai untuk menetapkan apakah campuran yang
dihisap itu miskin, baik atau kaya. Bila terlalu kaya berarti terlalu banyak
menggunakan bensin. Bila campuran terlalu kaya/banyak maka mesin terlalu
banayak menggunakan bahan bakar, tapi jikalau terlalu miskin bahan bakar maka
mesin tidak akan mencapai tenaga penuh dan terjadi panas yang belebihan pada
mesin[14] .
Alat penguji itu memberikan hasil baik bila instalasi pengapian serta alatalat mekanisnya semua dalam keadaan baik. Gambar 2.15 berikut merupakan
contoh buruk polusi yang dihasilkan oleh kendaraan
26
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.15 Polusi gas buang kendaraan (sumber: www.otosia.com)
Adapun zat-zat yang merugikan dalam gas buang adalah :
o
CH (karbon hydrogen yang tidak terbakar). Ini merupakan
penghisapan bensin. Dan bensin yang tidak terbakar.
o
NO (nitrogen monoksida). Gas ini dibentuk dalam motor, khusus
pada suhu tinggi. Diudara luar masih menyatu dengan zat asam,
sehingga terjadilah nitrogine dioksida (NO 2). Dibawah pengaruh
sinar matahari akan timbul kabut . Bagi kehidupan manusia , NO2
dapat menimbulkan rasa nyeri
pada mata. Gas ini juga dapat
merusak tumbuh-tumbuhan. Bila tidak ada angin, maka kabut tadi
tetap menggantung sebagai kotoran yang menimbulkan udara tidak
enak serta dapat merusak kesehatan.
o
CO (karbon monoksida). Gas ini dalam badan manusia menyerang
butir-butir darah merah, yang bertugas membawa zat asam ke
seluruh badan. Di dalam ruang tertutup, persentase volume CO dan
0.1 % atau lebih tinggi sudah dapat mematikan. Adapun nama
popular untuk sebutan karbon monoksida ini adalah uap karbon.
Untuk mengetahui ambang batas dari emisi gas buang yang diperbolehkan
dapat dilihat pada Lampiran 1.
27
Universitas Sumatera Utara