UJI PERFORMANSI MESIN OTTO SATU SILINDER DENGAN BAHAN BAKAR PREMIUM DAN PERTAMAX PLUS SKRIPSI
UJI PERFORMANSI MESIN OTTO SATU SILINDER DENGAN BAHAN BAKAR PREMIUM DAN PERTAMAX PLUS SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
RIO ARINEDO SEMBIRING NIM. 080401033 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nya lah penulis akhirnya dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul “UJI PERFORMANSI MESIN OTTO SATU SILINDER DENGAN BAHAN BAKAR PREMIUM DAN PERTAMAX PLUS”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub Bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa dan bantuan baik materiil, moril, maupun semangat dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang harus tahu berterima kasih, degan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1.
Bapak Dr. Eng Himsar Ambarita, ST, MT selaku dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.
2. Bapak Ir. M. Syahril Gultom MT dan Tulus B. Sitorus, ST, MT selaku dosen pembanding I dan II yang telah memberikan masukan dan saran dalam menyelesaikan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom MT. Selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
5. Kedua orang tua penulis, P. Sembiring dan L. Gurusinga yang tidak pernah purus-putusnya memberikan dukungan, doa serta kasih sayangnya yang tak terhingga kepada penulis.
6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.
7. Kakak penulis Y.F. Sembiring yang selalu membantu demi mencapai cita- cita.
8. Rekan-rekan satu tim kerja, Hotlan Nababan, Robertus Simanungkalit, dan Sepvinolist Tulus Pardede yang telah bersama-sama untuk menyelesaikan skripsi ini.
9. Teman-teman seperjuangan dari Tim HORAS seperti Munawir R. Siregar, Nehemia Sembiring, Sepvinolist T. Pardede, Fernando B. Siagian, Irham Fadillah, Ekawira Napitupulu, Hotlan Nababan, Ary Fadila, Sony A.
Sembiring, Robertus Simanungkalit, Zulfadhli, Ramadhan, dan Putra Setiawan, 10. Rekan-rekan mahasiswa 2008 yang tidak mungkin disebutkan satu-persatu, para abang senior dan adik-adik junior semua yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan kekeliruan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih.
Medan, 15 Februari 2013 Rio Arinedo Sembiring
ABSTRAK
Pengujian secara langsung adalah cara paling efektif untuk mengetahui performa sebuah mesin, dalam hal ini mesin otto empat langkah berkapasitas 109,1 cc diuji menggunakan hidrolik dinamometer dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus. Untuk kecepatan dan beban yang sama maka bahan bakar premium lebih effisien, dimana effisiensi termalnya dapat mencapai 37,27% dengan ketidakpastian ±1,92% ,sedangkan emisi gas buang pertamax plus menghasilkan emisi yang lebih tinggi, untuk emisi karbon monoksida (CO) meningkat 13,51%, emisi karbon dioksida (CO
2 ) meningkat 13,73% dan oksigen (O ) meningkat sebesar 0,68%.
2 Kata kunci : Performansi, Mesin Otto, Premium dan Pertamax Plus
ABSTRACT
Direct testing is the most effective way to determine the performance of a engine, in this case otto engine capacity of 109.1 cc four stroke hydraulic dynamometer tested using a variety of premium fuel and pertamax plus. For the same speed and load the premium fuel more efficiently, which can achieve a thermal efficiency of 37.27% with ±1,92% uncertainty while the exhaust emissions pertamax plus produce higher emissions, for emissions of carbon monoxide (CO) increased 13.51%, carbon dioxide emissions (CO2) increased 13.73% and oxygen (O2) increased by 0.68% .
Keywords: Performance, Otto Engine, Premium and Pertamax Plus
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ...................................................................................... i ABSTRAK ........................................................................................................ iii ABSTRACT ...................................................................................................... iv DAFTAR ISI ..................................................................................................... v DAFTAR TABEL ............................................................................................ ix DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xiii DAFTAR NOTASI ........................................................................................... xviBAB I PENDAHULUAN ........................................................................ 1
1.1 Latar Belakang .............................................................................. 1
1.2 Tujuan Penelitian .......................................................................... 1
1.3 Batasan Masalah ........................................................................... 2
1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................ 2
1.5 Sistematika Penulisan ................................................................... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .............................................................. 4
2.1. Motor Bakar .................................................................................. 4
2.1.1. Mesin Diesel. ....................................................................... 5
2.1.2.Mesin Otto ........................................................................... 8
2.1.2.1.Mesin Otto 2 Langkah ............................................... 10
2.1.2.2.Mesin Otto 4 Langkah ............................................... 12
2.1.3. Mesin Wankel ..................................................................... 16
2.2. Dinamometer ................................................................................. 18
2.3. Performansi Motor Bakar .............................................................. 18
2.3.1 Torsi dan Daya ..................................................................... 18
2.3.2. Perbandingan Udara Bahan Bakar (AFR) .......................... 20
2.3.3. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ......................................... 21
2.3.4. Effisiensi Mesin ................................................................... 21
2.4. Analisis Ketidakpastian ................................................................ 22
2.4. Lomba Kendaraan Hemat Energi .................................................. 24
BAB III METODOLOGI PENGUJIAN ................................................. 26
3.1. Waktu dan Tempat ........................................................................ 26
3.2. Bahan Pengujian ........................................................................... 26
3.3. Alat Pengujian ............................................................................... 27
3.4. Prosedur Pengujian ....................................................................... 35
3.5. Bagan Alir Pengerjaan ................................................................... 37
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................... 38
4.1. Pengujian Performansi. .................................................................. 38
4.1.1 Torsi ...................................................................................... 38
4.1.2 Daya ...................................................................................... 40
4.1.3 Perbandingan Udara dengan Bahan Bakar (AFR). ............... 43
4.1.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC). ............................... 46
4.1.5. Effisiensi Termal. ................................................................. 48
4.2. Pengujian Emisi Gas Buang. .......................................................... 51
4.2.1 Kadar Karbon Monoksida (CO) dalam Gas Buang.. ............ 51
4.2.2 Kadar Karbon Dioksida (CO ) dalam Gas Buang.. .............. 54
2
4.2.3 Kadar Oksigen (O
2 ) dalam Gas Buang.. ............................... 57
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 60
5.1. Kesimpulan ................................................................................... 60
5.2. Saran ............................................................................................. 61
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 62 LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Standar Stoikometeri Beberapa Bahan Bakar .................................... 34Tabel 3.2. Format Pengujian Kecepatan Terhadap Putaran Dengan Variasi BahanBakar Premium dan Pertamax Plus ..................................................................... 35
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Torsi Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan BakarPremium dan Pertamax Plus. .............................................................................. 38
Tabel 4.2. Perbandingan Persen Galat Torsi Terhadap Putaran Dengan VariasiBahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. ........................................................ 39
Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Daya Terhadap Putaran Dengan Variasi BahanBakar Premium dan Pertamax Plus. ................................................................... 41
Tabel 4.4. Perbandingan Persen Galat Daya Terhadap Putaran Dengan VariasiBahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. ........................................................ 42
Tabel 4.5. Hasil Pengujian AFR Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan BakarPremium dan Pertamax Plus. .............................................................................. 43
Tabel 4.6. Perbandingan Persen Galat AFR Terhadap Putaran Dengan VariasiBahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. ........................................................ 44
Tabel 4.7. Hasil Perhitungan SFC Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan BakarPremium dan Pertamax Plus. .............................................................................. 46
Tabel 4.8. Perbandingan Persen Galat SFC Terhadap Putaran Dengan VariasiBahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus ......................................................... 47
Tabel 4.9. Hasil Perhitungan Effisiensi Termal Terhadap Putaran Dengan VariasiBahan Bakar Premium dan Pertamax Plus. ........................................................ 49
Tabel 4.10. Perbandingan Persen Galat Effisiensi Termal Terhadap PutaranDengan Variasi Bahan Bakar Premium dan Pertamax Plus................................ 50
Tabel 4.11. Hasil Pengujian Kadar Karbon Monoksida (CO) Terhadap PutaranDengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. .............................. 52
Tabel 4.12. Perbandingan Persen Kadar Karbon Monoksida (CO) TerhadapPutaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus ................. 53
Tabel 4.13. Hasil Pengujian Kadar Karbon Dioksida (CO2 ) Terhadap Putaran
Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. .............................. 54
Tabel 4.14. Perbandingan Persen Galat Kadar Karbon Dioksida (CO2 ) Terhadap
Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus ................. 55
Tabel 4.15. Hasil Pengujian Kadar Oksigen (O ) Terhadap Putaran Dengan2 Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. ........................................... 57
Tabel 4.16. Perbandingan Persen Galat Kadar Oksigen (O2 ) Terhadap Putaran
Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus ............................... 58
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Diagram P-v Mesin Diesel Aktual dan Ideal ................................. 5Gambar 2.2. Diagram T-s Mesin Diesel ............................................................ 6Gambar 2.3. Langkah Kerja Mesin Diesel .......................................................... 7Gambar 2.4. Diagram P-v Mesin Otto Aktual dan Ideal .................................... 8Gambar 2.5. Diagram T-S Mesin Otto ................................................................ 9Gambar 2.6. Mesin Otto 2 Langkah ................................................................... 10Gambar 2.7. Langkah Kerja Mesin Otto 2 Langkah .......................................... 11Gambar 2.8. Mesin Otto 4 Langkah ................................................................... 12Gambar 2.9. Langkah Hisap Mesin Otto 4 Langkah ......................................... 13Gambar 2.10. Langkah Kompresi Mesin Otto 4 Langkah ................................. 13Gambar 2.11. Langkah Usaha Mesin Otto 4 Langkah ....................................... 14Gambar 2.12. Langkah Buang Mesin Otto 4 Langkah ...................................... 14Gambar 2.13. Mesin Wankel ............................................................................. 17Gambar 2.14. Water Brake Dynamometer Operation Theory ........................... 18Gambar 2.15. Daya dan Torsi Sebagai Fungsi Putaran ...................................... 19Gambar 3.1. Mesin “MESIN USU” ................................................................... 26Gambar 3.2. Bahan Bakar Premium .................................................................. 27Gambar 3.3. Bahan Bakar Pertamax Plus .......................................................... 28Gambar 3.4. Speedometer ................................................................................... 29Gambar 3.5. Tachometer .................................................................................... 29Gambar 3.6. Water Brake Dynamometer ........................................................... 30Gambar 3.7. Timbangan Digital ........................................................................ 31Gambar 3.8. Timbangan Analog ....................................................................... 31Gambar 3.9. Alat Uji Emisi Gas Buang Kendaraan ........................................... 32Gambar 3.10. AFR Meter ................................................................................... 33Gambar 3.11. Toolbox ....................................................................................... 35Gambar 3.12. Bagan Alir Prosedur Pengerjaan.... .............................................. 37Gambar 4.1. Grafik Torsi vs Putaran Mesin ....................................................... 40Gambar 4.3. Grafik Daya vs Putaran Mesin ....................................................... 42Gambar 4.5. Grafik AFR vs Putaran Mesin ........................................................ 45Gambar 4.7. Grafik SFC vs Putaran Mesin ........................................................ 48Gambar 4.9. Effisiensi Termal vs Putaran Mesin ............................................... 50Gambar 4.11. Grafik Kadar CO vs Putaran Mesin ............................................. 53Gambar 4.13. Grafik Kadar CO2 vs Putaran Mesin ............................................ 56
Gambar 4.15. Grafik Kadar O2 vs Putaran Mesin .............................................. 59
DAFTAR NOTASI
Laju aliran udara ke mesin kg/sec
Volume langkah m
V c
3 Volume sisa m m a
3 Massa udara kg/siklus m f
Massa bahan bakar kg/siklus
̇ Laju aliran bahan bakar ke ruang bakar kg/sec ̇
η t
Nilai kalor bahan bakar kJ/kg
Effisiensi termal %
sfc
Spesific fuel consumption gr/kWh
η c
Effisiensi pembakaran
η f
Effisiensi konversi bahan bakar
V d
Notasi, symbol dan singkatan yang digunakan dalam laporan ini adalah sebagai berikut :
N c
̇
Jumlah silinder
N
Putaran mesin rpm
r c
Rasio kompresi
τ Torsi
Nm
Daya poros kW
Perbandingan udara dengan bahan bakar
P
Tekanan kPa
T
Temperatur K
R
Konstanta udara kJ/kg.K
AFR
Q HV