Performansi Mesin Sepeda Motor Satu Silinder Berbahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus Dengan Modifikasi Rasio Kompresi

PERFORMANSI MESIN SEPEDA MOTOR SATU SILINDER

BERBAHAN BAKAR PREMIUM DAN

PERTAMAX PLUS DENGAN MODIFIKASI RASIO

KOMPRESI

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ROBERTUS SIMANUNGKALIT

NIM. 080401078

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

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 “PERFORMANSI MESIN SEPEDA MOTOR SATU SILINDER

BERBAHAN BAKAR PREMIUM DAN PERTAMAX PLUS DENGAN

MODIFIKASI RASIO KOMPRESI”.

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 materil, 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 Tulus B. Sitorus, ST, MT selaku dosen pembimbing, yang dengan

penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.

2. Bapak Dr. Eng Himsar Ambarita, ST, MT selaku dosen pembanding I dan

Bapak Ir. M. Syahril Gultom MT selaku dosen pembimbing 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, almarhum P. Simanungkalit dan M. Sihombing

yang tidak pernah putus-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

7. Rekan-rekan satu tim kerja, Hotlan Nababan, Rio Arinedo Sembiring, dan

Sepvinolist Tulus Pardede yang telah bersama-sama untuk menyelesaikan

skripsi ini.

8. 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, Rio Arinedo Sembiring, Zulfadhli, Ramadhan, dan Putra

Setiawan,

9. 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, Maret 2013

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. Pada penelitian ini digunakan bahan bakar

premium dan pertamax plus. Rasio kompresi mesin dimodifikasi menjadi 11:1

agar mendapat data perbandingan sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi.

Effisiensi terbaik dari mesin diperoleh pada saat sebelum modifikasi rasio

kompresi pada kecepatan 30 km/jam beban 60 kg menggunakan bahan bakar

premium dimana konsumsi bahan bakar spesifik 224,28 gr/kWh dan effisiensi

termalnya mencapai 37,27%.

Kata kunci : Performansi, Mesin Otto, Modifikasi Rasio Kompresi,

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 tested using hydraulic

dynamometer. In this study the use of premium fuel and pertamax plus. The

compression ratio of the engine is modified to 11:1 in order to obtain comparative

data before and after the modification of the compression ratio. Best efficiency of

the engine is obtained before the modification of the compression ratio at a speed

of 30 km/h with 60 kg load using premium fuel in which the specific fuel

consumption of 224.28 g/kWh and thermal efficiency reached 37.27%.

DAFTAR ISI

1.2 Tujuan Penelitian ...1

1.3 Batasan Masalah ...2

1.4 Manfaat Penelitian ...2

1.5 Sistematika Penulisan ...3

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.Siklus Ideal Ottto (Siklus Volume Konstan) ...9

2.1.2.2.Siklus Aktual ...12

2.1.2.3. Mesin Otto 2 Langkah...14

2.1.2.4. Mesin Otto 4 Langkah...16

2.1.3. Mesin Wankel ...20

2.1.4. Rasio Kompresi...22

2.2. Dinamometer ...23

2.3. Performansi Motor Bakar ...24

2.3.1 Torsi dan Daya ...24

2.3.3. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ...26

2.3.4. Effisiensi Mesin ...26

2.4. Analisis Ketidakpastian ...27

2.5. Lomba Kendaraan Hemat Energi...28

BAB III METODOLOGI PENGUJIAN ...30

3.1. Waktu dan Tempat ...30

3.2. Bahan Pengujian ...30

3.3. Alat Pengujian ...31

3.4. Prosedur Pengujian ...38

3.5. Bagan Alir Pengerjaan ...41

3.6. Modifikasi Rasio Kompresi...42

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...45

4.1. Pengujian Performansi. ...45

4.1.1 Torsi ...46

4.1.2 Daya ...49

4.1.3 Perbandingan Udara dengan Bahan Bakar (AFR). ...52

4.1.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC). ...56

4.1.5. Effisiensi Termal. ...59

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...63

5.1. Kesimpulan ...63

5.2. Saran ...64

DAFTAR PUSTAKA ...65

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Standar Stoikometeri Beberapa Bahan Bakar ...37

Tabel 3.2. Format Pengujian Kecepatan Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan

Bakar Premium dan Pertamax Plus ...39

Tabel 4.1. Hasil Prediksi Performansi Mesin Mobil Hemat Energi Secara

Teoritis...45

Tabel 4.2. Hasil pengujian torsi terhadap putaran dengan variasi bahan bakar

premium dan pertamax plus setelah modifikasi rasio kompresi. ...46

Tabel 4.3. Perbandingan persen galat torsi pada bahan bakar premium terhadap

kecepatan sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi. ...47

Tabel 4.4. Perbandingan persen galat torsi pada bahan bakar pertamax plus

terhadap kecepatan sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi ...47

Tabel 4.5. Hasil perhitungan daya terhadap putaran dengan variasi bahan bakar

premium dan pertamax plus setelah modifikasi rasio kompresi. ...49

Tabel 4.6. Perbandingan persen galat daya pada bahan bakar premium sebelum

dan setelah modifikasi rasio kompresi. ...50

Tabel 4.7. Perbandingan persen galat daya pada bahan bakar pertamax plus

sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi ...51

Tabel 4.8. Hasil pengujian AFR terhadap putaran dengan variasi bahan bakar

premium dan pertamax plus setelah modifikasi rasio kompresi ...52

Tabel 4.9. Perbandingan persen galat AFR terhadap kecepatan dengan variasi

bahan bakar premium setelah modifikasi rasio kompresi. ...53

Tabel 4.10. Perbandingan persen galat AFR terhadap kecepatan dengan variasi

Tabel 4.11. Hasil perhitungan SFC terhadap putaran dengan variasi bahan bakar

premium dan pertamax plus setelah modifikasi rasio kompresi. ...56

Tabel 4.12. Perbandingan persen galat SFC dengan variasi bahan bakar premium

sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi ...57

Tabel 4.13. Perbandingan persen galat SFC dengan variasi bahan bakar pertamax

plus sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi ...57

Tabel 4.14. Hasil perhitungan effisiensi termal terhadap putaran dengan variasi

bahan bakar premium dan pertamax plus setelah perubahan rasio kompresi ...59

Tabel 4.15. Perbandingan persen galat effisiensi termal terhadap kecepatan

dengan variasi bahan bakar premium sebelum dan setelah modifikasi rasio

kompresi. ...60

Tabel 4.16. Perbandingan persen galat effisiensi termal terhadap kecepatan

dengan variasi bahan bakar pertamax plus sebelum dan setelah modifikasi rasio

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Diagram P-v Mesin Diesel Aktual dan Ideal ...5

Gambar 2.2. Diagram T-s Mesin Diesel ...6

Gambar 2.3. Langkah Kerja Mesin Diesel ...7

Gambar 2.4. Diagram P-v Mesin Otto Ideal ...9

Gambar 2.5. Diagram Siklus P-v Mesin Otto Aktual...12

Gambar 2.6. Diagram T-S Mesin Otto ...13

Gambar 2.7. Mesin Otto 2 langkah ...15

Gambar 2.8. Langkah kerja mesin Otto 2 langkah...15

Gambar 2.9. Mesin Otto 4 langkah ...16

Gambar 2.10. Langkah hisap mesin otto 4 langkah ...17

Gambar 2.11. Langkah kompresi mesin Otto 4 langkah ...17

Gambar 2.12. Langkah usaha mesin Otto 4 langkah ...18

Gambar 2.13. Langkah buang mesin Otto 4 langkah ...19

Gambar 2.14. Mesin Wankel...21

Gambar 3.1. Mesin “MESIN USU” ...30

Gambar 3.2. Bahan Bakar Premium ...32

Gambar 3.3. Bahan Bakar Pertamax Plus ...32

Gambar 3.4. Speedometer ...33

Gambar 3.5. Tachometer ...34

Gambar 3.7. Timbangan Digital ...35

Gambar 3.8. Timbangan Analog ...36

Gambar 3.9. AFR Meter...36

Gambar 3.10. Toolbox ...38

Gambar 3.11. Bagan Alir Prosedur Pengerjaan ...41

Gambar 3.12. Piston Lama dan Piston Baru.... ...42

Gambar 3.13. Pengikisan Packing pada Cylinder Block...42

Gambar 3.14. Posisi Mesin Saat Mengukur Rasio Kompresi. ...44

Gambar 4.1. Grafik Torsi vs Kecepatan...48

Gambar 4.2. Grafik Daya vs Kecepatan...51

Gambar 4.3. Grafik AFR vs Kecepatan ...55

Gambar 4.4. Grafik SFC vs Kecepatan ...58

DAFTAR NOTASI

Notasi, symbol dan singkatan yang digunakan dalam laporan ini adalah

sebagai berikut :

Nc Jumlah silinder

N Putaran mesin rpm

rc Rasio kompresi

τ Torsi Nm

Daya poros kW

P Tekanan kPa

T Temperatur K

R Konstanta udara kJ/kg.K

AFR Perbandingan udara dengan bahan bakar

QHV Nilai kalor bahan bakar kJ/kg

Vd Volume langkah m3

Vc Volume sisa m3

ma Massa udara kg/siklus

mf Massa bahan bakar kg/siklus

Laju aliran bahan bakar ke ruang bakar kg/sec

_{Laju aliran udara ke mesin kg/sec}

ηt Effisiensi termal %

sfc Spesific fuel consumption gr/kWh

ηc Effisiensi pembakaran

ηf Effisiensi konversi bahan bakar

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. Pada penelitian ini digunakan bahan bakar

premium dan pertamax plus. Rasio kompresi mesin dimodifikasi menjadi 11:1

agar mendapat data perbandingan sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi.

Effisiensi terbaik dari mesin diperoleh pada saat sebelum modifikasi rasio

kompresi pada kecepatan 30 km/jam beban 60 kg menggunakan bahan bakar

premium dimana konsumsi bahan bakar spesifik 224,28 gr/kWh dan effisiensi

termalnya mencapai 37,27%.

Kata kunci : Performansi, Mesin Otto, Modifikasi Rasio Kompresi,

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 tested using hydraulic

dynamometer. In this study the use of premium fuel and pertamax plus. The

compression ratio of the engine is modified to 11:1 in order to obtain comparative

data before and after the modification of the compression ratio. Best efficiency of

the engine is obtained before the modification of the compression ratio at a speed

of 30 km/h with 60 kg load using premium fuel in which the specific fuel

consumption of 224.28 g/kWh and thermal efficiency reached 37.27%.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Motor bakar adalah adalah salah satu jenis dari mesin kalor, yaitu mesin

yang mengubah energi termal untuk melakukan kerja mekanik atau mengubah

energi kimia bahan bakar menjadi energi mekanis. Energi termal tersebut

diperoleh dari hasil proses pembakaran bahan bakar di dalam mesin itu sendiri.

Kompresi pada mesin merupakan perbandingan tekanan udara berbanding

bahan bakar. Dalam pengertian yang lebih luas, rasio kompresi adalah

perbandingan volume ruang bakar saat piston di titik mati bawah (TMB) dengan

volume ruang bakar saat titik mati atas (TMA). Semakin besar perbandingan rasio

kompresi maka pada saat piston berada di titik mati atas (TMA) akan memiliki

tekanan dan suhu yang semakin besar pula.

Bahan bakar memegang peranan penting dalam motor bakar, nilai kalor

yang terkandung didalamnya adalah nilai yang menyatakan jumlah energi panas

maksimum yang dibebaskan oleh suatu bahan bakar melalui reaksi pembakaran

sempurna persatuan massa atau volume bahan bakar tersebut.

Dewasa ini banyak sekali masalah yang timbul diakibatkan oleh cadangan

bahan bakar minyak yang terbatas dan harganya yang semakin melambung, oleh

karena itu belakangan ini juga sangat marak dilakukan riset dan penelitian dan

kegiatan – kegiatan yang berhubungan dengan penghematan bahan bakar. Salah

satu kegiatan yang mengundang banyak orang untuk melakukan penghematan

adalah Shell Eco-marathon, dimana kegiatan ini merupakan reguler tahunan yang

menantang tim mahasiswa dari seluruh dunia untuk merancang dan membangun

kendaraan yang paling hemat energi untuk bersaing dengan kendaraan tim lain,

dimana pemenangnya adalah kendaraan yang dapat bergerak dengan jarak terjauh

dengan menggunakan bahan bakar atau energi paling sedikit.

Penggunaan bahan bakar juga sangat variatif, pada kesempatan ini dalam

perancangannya mesin “MESIN USU” memilih untuk menggunakan bahan bakar

adalah premium yang bernilai RON 88 sedangkan pada kompetisi Shell

Eco-marathon Asia adalah RON 95 dan di Indonesia lebih dikenal dengan nama

pertamax plus. Dengan demikian perlu diadakannya pengujian performansi untuk

membandingkan hasil dari kedua bahan bakar tersebut.

1.2 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut:

1. Membandingkan performansi dari mesin “MESIN USU” dengan

menggunakan bahan bakar premium sebelum dan setelah modifikasi

rasio kompresi.

2. Membandingkan performansi dari mesin “MESIN USU” dengan

menggunakan bahan bakar pertamax plus sebelum dan setelah

modifikasi rasio kompresi.

1.3 Batasan Masalah

Untuk memberikan gambaran yang lebih jelas mengenai masalah yang

dikaji dalam penulisan skripsi, maka perlu kiranya diberikan batasan masalah

sebagai berikut :

1. Mesin yang digunakan adalah mesin sepeda motor Revo 109,1 cc

dengan modifikasi rasio kompresi menjadi 11:1

2. Menggunakan bahan bakar premium dan pertamax plus.

3. Batasan-batasan (asumsi) yang lain ditentukan pada saat pengujian.

1.4 Manfaat

Adapun manfaat dari skripsi ini adalah :

1. Dapat mengetahui perbandingan performansi dari mesin “MESIN

USU” dengan menggunakan bahan bakar premium dan pertamax plus

sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi.

2. Dapat menjadi referensi untuk perbaikan-perbaikan mesin “MESIN

1.5 Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan pada skripsi ini adalah :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini menjelaskan pendahuluan tentang studi kasus dan pemecahan

masalah yang berisi antara lain : latar belakang, batasan masalah, tujuan

penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini berisi dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan sebagai

landasan dalam memecahkan masalah dan menganalisis permasalahan

tersebut meliputi penjelasan mengenai jenis-jenis motor bakar, performansi

motor bakar dan lomba kendaran hemat energi.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisi kerangka pemikiran dan langkah yang dilakukan untuk

mengidentifikasi permasalahan, beserta variabel-variabel yang akan diukur

dan perlengkapan pengujian tersebut meliputi waktu dan tempat penelitian,

peralatan pengujian, bahan pengujian dan prosedur pengujian.

BAB IV DATA DAN ANALISIS DATA

Bab ini berisi analisis dari data hasil pengujian dan permasalahan yang

terjadi pada perhitungan teoritis performansi motor bakar.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari analisa yang dilakukan terhadap

permasalahan dan saran mengenai penyempurnaan hasil penelitian untuk

generasi berikutnya.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Motor Bakar

Motor bakar adalah adalah salah satu jenis dari mesin kalor, yaitu mesin

yang mengubah energi termal untuk melakukan kerja mekanik atau mengubah

energi kimia bahan bakar menjadi energi mekanis. Energi termal tersebut

diperoleh dari hasil proses pembakaran bahan bakar di dalam mesin itu sendiri.

Cara memperoleh energi termal tersebut dari hasil proses pembakaran bahan

bakar di dalam mesin itu sendiri, maka dapat dibagi menjadi 2 bagian dengan

kelebihan masing-masing, yaitu:

1. Mesin Pembakaran Luar (External Combustion Engine)

Contohnya :

a. Steam engine (mesin uap torak), panas pembakaran di dalam ruang

bakar akan memanasi air yang kemudian menjadi uap sehingga uap

tersebut akan menggerakkan torak.

b. Turbin gas dan turbin uap

Kelebihannya:

1. Dapat digunakan bahan bakar berkualitas rendah baik bahan bakar

padat, cair maupun gas.

2. Kapasitas besar, seperti : pusat pembangkit tenaga listrik, pusat

pembangkit tenaga uap, dalam hal ini untuk penggerak turbin dan

proses produksi.

3. Pada umumnya tidak terdapat bagian yang bergerak translasi

bolak-balik sehingga getaran yang terjadi kecil.

2. Mesin Pembakaran Dalam (Internal Combustion Engine)

Contohnya :

a. Motor bakar torak : mesin otto dengan penyalaan loncatan bunga api,

mesin diesel dengan penyalaan kompresi, mesin wankel dengan gerak

torak berputar (rotary).

Kelebihannya:

2. Bahan bakar lebih irit.

3. Investasi awal lebih kecil.

4. Cocok untuk tenaga penggerak pada kendaraan.

2.1.1. Mesin Diesel

Motor diesel adalah jenis khusus dari mesin pembakaran dalam.

Karakteristik utama pada mesin diesel yang membedakannya dari motor bakar

yang lain terletak pada metode pembakaran bahan bakarnya.

Cara kerja mesin diesel ini adalah udara masuk ke dalam

mesin diesel dan dikompresi ole

Atas (TMA) atau BTDC (Before Top Dead Center), bahan bakar

diijeksikan ke

dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Hasil pencampuran ini menyala dan

membakar dengan cepat, ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang

pembakaran mengembang dengan cepat, mendorong piston ke bawah dan

menghasilkan tenaga linear. Siklus diesel (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan

dengan pemasukan panas pada tekanan konstan.

Gambar 2.1 Diagram P-v Mesin Diesel aktual dan ideal

Keterangan Gambar :

P = Tekanan (atm)

q

in = Kalor yang masuk (kJ)

q

out = Kalor yang dibuang (kJ)

Gambar 2.2 Diagram T-S Mesin Diesel

Keterangan Gambar :

T = Temperatur (K)

S = Entropi (kJ/kg.K)

q

in = Kalor yang masuk (kJ)

q

out = Kalor yang dibuang (kJ)

Keterangan siklus :

1-2 Kompresi Isentropik

2-3 Pemasukan Kalor pada Tekanan Konstan

3-4 Ekspansi Isentropik

4-1 Pengeluaran Kalor pada Tekanan Konstan

Mesin diesel dikategorikan dalam motor bakar torak dan mesin

pembakaran dalam (internal combustion engine). Prinsip kerja motor diesel

adalah merubah energi kimia menjadi energi mekanis. Energi kimia di dapatkan

(udara) di dalam silinder (ruang bakar). Pembakaran pada mesin diesel terjadi

karena kenaikan temperatur campuran udara dan bahan bakar akibat kompresi

torak hingga mencapai temperatur nyala.

Gambar 2.3 Langkah kerja mesin diesel [12]

Proses kerja motor diesel terdiri dari 4 langkah sebagai berikut :

a). Langkah Hisap

Piston bergerak dari TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati bawah),

katup masuk terbuka. Udara murni terhisap masuk ke dalam selinder akibat

terjadinya kevakuman dalam ruang silinder karena terjadi pembesaran volume

ruang di atas torak (gerak dari TMA ke TMB).

b). Langkah Kompresi

Poros engkol terus berputar, piston bergerak dari TMB ke TMA, kedua

katup tertutup. Udara murni yang terhisap tadi terkompresi dalam ruang bakar.

Karena terkompresi suhu dan tekanan udara tersebut naik hingga mencapai 35 atm

dengan temperatur 500⁰ - 800⁰ (pada perbandingan kompresi 20 : 1).

c). Langkah Usaha

Poros engkol masih terus berputar, beberapa derajat sebelum torak

mencapai TMA di akhir langkah kompresi, bahan bahar diinjeksikan ke dalam

ruang bakar. Karena suhu udara kompresi yang tinggi terjadilah pembakaran yang

TMB. Kedua katup masih dalam keadaan tertutup. Gaya dorong ke bawah

diteruskan oleh batang piston ke poros engkol untuk dirubah menjadi gerak rotasi.

Langkah usaha ini berhenti ketika katup buang mulai membuka beberapa derajat

sebelum torak mencapai TMB.

d). Langkah Buang

Poros engkol masih terus berputar, piston bergerak dari TMB ke TMA,

katup buang terbuka. Gas sisa hasil pembekaran terdorong keluar dari ruang bakar

(ruang silinder di atas torak) menuju udara luar melalui katup buang yang terbuka.

Karena gas sisa tersebut masih bertekanan tinggi.

2.1.2. Mesin Otto

Mesin otto adalah sebuah tipe

menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran, dirancang untuk

menggunakan bahan bakar gasoline atau yang sejenis.

Mesin otto berbeda dengan

bahan bakar dengan udara, dan mesin otto selalu menggunakan penyalaan busi

untuk proses pembakaran. Pada mesin diesel, hanya udara yang dikompresikan

dalam ruang bakar dan dengan sendirinya udara tersebut terpanaskan, bahan bakar

diinjeksikan ke dalam ruang bakar di akhir langkah kompresi untuk bercampur

dengan udara yang sangat panas, pada saat kombinasi antara jumlah udara, jumlah

bahan bakar, dan temperatur dalam kondisi tepat maka campuran udara dan bakar

tersebut akan terbakar dengan sendirinya. Siklus otto (ideal) pembakaran tersebut

2.1.2.1 Siklus Ideal Otto (Siklus Volume Konstan)

Gambar 2.4 Diagram P-v Mesin Otto ideal

Keterangan Gambar :

P = Tekanan (atm)

V = Volume Spesifik (m3/kg)

q

in = Kalor yang masuk (kJ)

q

out = Kalor yang dibuang (kJ)

Agar lebih mudah memahami diagram p-v motor bakar torak, maka dilakukan

terlebih dahulu idealisasi. Proses yang terjadi sebenarnya berbeda dengan proses

ideal.

Beberapa idealisasi pada siklus ideal antara lain :

a. Fluida kerja dalam silinder adalah udara, dianggap gas ideal dengan

konstanta kalor yang konstan.

b. Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara isentropik.

c. Proses pembakaran dianggap sebagai proses pemanasan fluida kerja.

d. Pada akhir proses ekspansi, yaitu pada saat torak mencapai titik mati

bawah, fluida kerja didinginkan sehingga tekanan dan temperatur turun

mencapai tekanan dan temperatur atmosfer.

e. Tekanan fluida kerja di dalam silinder selama langkah buang dan langkah

Proses siklusnya adalah sebagai berikut :

a. Proses 0-1 (Langkah Hisap) : Menghisap udara pada tekanan konstan,

katup masuk terbuka dan katup buang tertutup, campuran bahan bakar dan

udara mengalir ke dalam silinder melalui lubang katup masuk.

P0 = P1...(2.1)

b. Proses 1-2 (Kompresi Isentropik) : Semua katup tertutup. Campuran bahan

bakar dan udara yang berada di dalam silinder tadi ditekan dan

dimampatkan oleh torak yang bergerak ke titik mati atas. Akibatnya,

tekanan dan suhu dalam silinder naik menjadi P2 dan T2.

c. Proses 2-3 : Proses penambahan kalor pada volume konstan.

d. Proses 3-4 : Ekspansi Isentropik

k

Kerja ekspansi dari titik 3 ke titik 4 dari siklus Otto juga merupakan proses

isentropis, persamaannya ditunjukkan sebagai berikut :

V4 = volume pada titik 4 (m3)

e. Proses 4-1 : Proses pembuangan kalor pada volume konstan

(

1 4

)

2.1.2.2. Siklus Aktual

Gambar 2.5 Diagram Siklus P-v Mesin Otto Aktual

Keterangan Gambar :

V = Volume Spesifik (m3/kg)

q

in = Kalor yang masuk (kJ)

q

out = Kalor yang dibuang (kJ)

Dalam siklus aktual, fluida kerjanya adalah campuran bahan bakar-udara, jadi

ada proses pembakaran untuk sumber panas. Pada langkah hisap, tekanannya

lebih rendah dibandingkan dengam langkah buang. Proses pembakaran dimulai

dari penyalaan busi (ignition) sampai akhir pembakaran. Proses kompresi dan

ekspansi tidak adiabatis, karena terdapat kerugian panas yang keluar ruang bakar.

Gambar 2.6 Diagram T-S Mesin Otto

Keterangan Gambar :

T = Temperatur (K)

S = Entropi (kJ/kg.K)

q

in = Kalor yang masuk (kJ)

q

out = Kalor yang dibuang (kJ)

Keterangan siklus :

1-2 Kompresi Isentropik

3-4 Ekspansi Isentropik

4-1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan

Pada mesin otto, pada umumnya udara dan bahan bakar dicampur sebelum

masuk ke ruang bakar, sebagian kecil mesin otto modern mengaplikasikan injeksi

bahan bakar langsung ke silinder ruang bakar termasuk mesin otto 2 langkah

untuk mendapatkan emisi gas buang yang ramah lingkungan. Pencampuran udara

dan bahan bakar dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi, keduanya

mengalami perkembangan dari sistem manual sampai dengan penambahan

sensor-sensor elektronik. Sistem Injeksi Bahan bakar di motor otto terjadi diluar silinder,

tujuannya untuk mencampur udara dengan bahan bakar seproporsional mungkin,

hal ini disebut EFI.

2.1.2.3. Mesin Otto 2 Langkah

Mesin otto 2 langkah belakangan ini penggunaannya sudah sangat sedikit

dikarenakan emisi gas buang yang relatif lebih besar dibandingkan dengan mesin

otto 4 langkah. Cara kerja pada mesin otto 2 langkah sangat simpel, hakekatnya

mesin motor 2 langkah pada sebuah ruang pembakarannya terjadi dua kali

langkah piston. Langkah buang dan langkah isap terjadi pada saat torak berada

disekitar TMB. Lubang isap dan lubang buang pada dinding silinder dibuka dan

ditutup oleh torak itu sendiri, berikut dijelaskan 2 istilah dalam mesin otto 2

langkah.

-Titik Mati Atas (TMA) atau dengan kata lain Upstroke,

-Titik Mati Bawah (TMB) atau dengan kata lain Downstroke.

Dibawah ini dijelaskan mengenai detail dari gambar mesin otto 2 langkah,

dimana mesin otto 2 langkah ini tidak memiliki klep seperti pada mesin-mesin

Gambar 2.7 Mesin Otto 2 langkah [10]

Berikut ini dijelaskan langkah kerja mesin otto 2 langkah, disini gas buang

didesak keluar dari dalam silinder melalui lubang buang oleh udara dan campuran

bahan bakar dan udara yang dimasukkan dalam silinder. Sudah barang tentu

sebagian udara atau campuran bahan bakar dan udara segar ikut keluar dari dalam

silinder bersama-sama dengan gas buang

Gambar 2.8 Langkah kerja mesin Otto 2 langkah [11]

1. Langkah Pertama TMA ke TMB

Piston bergerak dari TMA ke TMB maka terjadilah penekanan pada ruang

bilas yang berada diruang piston, pada lubang linier terdapat lubang dari

inlangkahe dan exhaust. Pada saat piston bergerak melewati lubang exhaust, gas

yang ada pada ruang bakar akan keluar melewati lubang exhaust. Sedangkan saat

terpompa oleh piston akan masuk kedalam ruang bakar, dan saat ini sedang terus

berlanjut gas dari sisa pembakaran akan terdorong keluar melalui exhaust.

2. Langkah Kedua dari TMB ke TMA

Pada saat piston bergerak dari TMB ke TMA akan melakukan

penghisapan campuran bahan bakar, udara, dan oli samping. Setelah piston

melewati lubang inlangkahe dan lubang exhaust, maka piston akan melakukan

sistem kompresi yang terjadilah tekanan pada ruang bakar. Piston akan terus

menekan hingga tepat di posisi TMA, sedangkan campuran bahan bakar dan

udara yang sudah dapat tekanan dari piston akan terbakar oleh api yang dihasilkan

oleh sebuah busi, setelah itu terjadi pada uang bakar maka akan diteruskan ke

langkah tenaga, dan tenaga disalurkan ke bagian transmisi, itu terjadi selama

mesin motor hidup.

2.1.2.4 Mesin Otto 4 Langkah

Mesinempat langkah adalah mesin pembakaran dalam yang dalam

satu siklus pembakaran terjadi empat langkah piston. Empat langkah

tersebut meliputi, langkah hisap (pemasukan), kompresi, tenaga dan langkah

buang yang secara keseluruhan memerlukan dua putaran poros engkol

(crankshaft) per satu siklus pada mesin otto

Prinsip kerja motor otto empat langkah adalah sebagai berikut :

1. Langkah Hisap

Dalam langkah ini, campuran bahan bakar dan udara di hisap ke dalam

ruang bakar, Katup hisap membuka sedangkan katup buang tertutup. Waktu torak

bergerak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB), menyebabkan

ruang silinder menjadi vakum dan menyebabkan masuknya campuran udara dan

bahan bakar ke dalam silinder yang disebabkan adanya tekanan udara luar.

Gambar 2.10 Langkah hisap mesin otto 4 langkah [6]

2. Langkah Kompresi

Dalam langkah ini, campuran udara dan bahan bakar dikompresikan.

Katup hisap dan katup buang tertutup. Waktu torak naik dari titik mati bawah

(TMB) ke titik mati atas (TMA), campuran yang dihisap tadi dikompresikan.

Akibatnya tekanan dan temperaturnya akan naik, sehingga akan mudah terbakar.

Saat inilah percikan api dari busi terjadi. Poros engkol berputar satu kali ketika

torak mencapai titk mati atas (TMA).

3. Langkah Usaha

Dalam langkah ini, mesin menghasilkan tenaga dimana gerak translasi

piston diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol dan selanjutnya akan

menggerakkan kendaraan. Saat torak mencapai titik mati atas (TMA) pada saat

langkah kompresi, busi memberikan loncatan bunga api pada campuran udara dan

bahan bakar yang telah dikompresikan. Dengan adanya pembakaran, kekuatan

dari tekanan gas pembakaran yang tinggi mendorong torak ke bawah. Usaha ini

yang menjadi tenaga mesin.

Gambar 2.12 Langkah usaha mesin Otto 4 langkah [6]

4. Langkah Buang

Dalam langkah ini, gas yang sudah terbakar, akan dibuang ke luar silinder.

Katup buang membuka sedangkan katup hisap tertutup.Waktu torak bergerak dari

titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA), mendorong gas bekas keluar

dari silinder. Pada saat akhir langkah buang dan awal langkah hisap kedua katup

akan membuka sedikit (valve overlap) yang berfungsi sebagai langkah pembilasan

(campuran udara dan bahan bakar baru mendorong gas sisa hasil pembakaran).

Ketika torak mencapai TMA, akan mulai bergerak lagi untuk persiapan langkah

berikutnya, yaitu langkah hisap. Poros engkol telah melakukan 2 putaran penuh

dalam satu siklus yang terdiri dari empat langkah yaitu, 1 langkah hisap, 1

langkah kompresi, 1 langkah usaha, 1 langkah buang yang merupakan dasar kerja

Gambar 2.13 Langkah buang mesin Otto 4 langkah [6]

Proses Kerja adalah keseluruhan langkah yang berurutan untuk terjadinya

satu siklus kerja dari motor. Proses kerja ini terjadi berurutan dan berulang-ulang.

Piston motor bergerak bolak balik dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah

(TMB) dan dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA) pada langkah

selanjutnya.

Pada motor empat langkah, proses kerja motor diselesaikan dalam empat

langkah piston.

- Langkah pertama yaitu piston bergerak dari TMA ke TMB, disebut

langkah pengisian.

- Langkah kedua yaitu piston bergerak dari TMB ke TMA disebut langkah

kompresi.

- Langkah ketiga piston bergerak dari TMA ke TMB disebut langkah usaha.

Pada langkah usaha ini terjadilah proses pembakaran bahan bakar

(campuran udara dan bahan bakar) di dalam silinder motor/ruang

pembakaran yang menghasilkan tenaga yang mendorong piston dari TMA

ke TMB.

- Langkah keempat yaitu piston bergerak dari TMB ke TMA disebut

langkah pembuangan. Gas hasil pembakaran didorong oleh piston keluar

silinder motor. Jadi pada motor empat langkah proses kerja motor untuk

menghasilkan satu langkah usaha (yang menghasilkan tenaga) diperlukan

Empat langkah piston berarti sama dengan dua kali putaran poros engkol.

Pada motor dua langkah proses kerja motornya untuk mendapatkan satu kali

langkah usaha hanya diperlukan dua kali langkah piston. Motor dua langkah yang

paling sederhana, pintu masuk atau lubang masuk dan lubang buang terlelangkah

berhadap-hadapan yaitu berada pada sisi bawah pada dinding silinder motor.

Proses kerjanya adalah sebagai berikut.:

- Piston berada TMB, kedua lubang (masuk dan buang) sama sama terbuka

kemudian campuran udara dan bahan bakar dimasukkan kedalam silinder

melalui lubang masuk.

- Gerakan piston dari TMB ke TMA, maka lubang masuk akan tertutup dan

tertutup pula lubang buang, maka terjadilah langkah kompresi. Pada akhir

langkah kompresi ini terjadilah pembakaran gas bahan bakar. Dengan

terjadinya pembakaran gas bahan bakar maka dihasilkan tenaga

pembakaran yang mendorong piston ke bawah dari TMA ke TMB.

- Langkah usaha terakhir terjadilah pembuangan gas bekas begitu terbuka

lubang buang. Sesudah itu terbuka pula lubang masuk sehingga terjadi

pemasukkan gas baru sekaligus mendorong mendorong gas bekas keluar

melalui lubang buang.

Dengan demikian pada motor dua langkah proses motor untuk

menghasilkan satu kali langkah usaha/pembakaran gas dalam silinder, hanya

diperlukan dua langkah piston. Dilihat dari putaran poros engkolnya diperlukan

satu kali putaran poros engkol.

2.1.3. MesinWankel

Mesin wankel yang juga disebut dengan mesin rotari adalah mesin

pembakaran dalam yang digerakan oleh tekanan yang dihasilkan dari pembakaran

dan diubah menjadi gerakan berputar pada rotor yang selanjutnya akan

menggerakan poros.

Mesin ini ditemukan oleh insinyur Jerman Felix Wankel. Ia mendapatkan

penelitiannya di NSU Motorwenke AG dan tahun 1957 ia membuat prototypenya.

NSU kemudian melisensikan konsepnya kepada beberapa manufaktur di seluruh

dunia untuk diperbaiki konsepnya.

Mesin wankel sering dipakai untuk berbagai kendaraan dan peralatan

seperti mobil, sepeda motor, pesawat terbang, go-kart, speed boat, snowmobile,

pembangkit listrik, mesin pabrik industri dan lain-lain, namun belakangan ini

penggunaan mesin ini semakin jarang diakibatkan emisi gas buang yang relatif

lebih tinggi dari mesin-mesin lainnya dan borosnya pemakain bahan bakar.

Gambar 2.14 Mesin Wankel [8]

Prinsip kerja dari mesin wankel sama saja dengan mesin 4-langkah

konvensional. Pertama-tama, campuran bahan bakar dan udara masuk ke dalam

ruang silinder karena hisapan dari perputaran rotor. Lalu, campuran bahan bakar

dan udara dibawa ke sisi yang lain dan termampatkan oleh pergerakan rotor.

Langkah selanjutnya, busi menyemburkan api yang membakar campuran bahan

bakar dan menyebabkan peningkatan tekanan gas serta meningkatkan perputaran

rotor dan sumbu eksentrik. Kemudian, saat rotor bergerak ke sisi yang lain untuk

memulai siklus yang baru, sisa pembakaran keluar melalui saluran gas buang.

Perbedaan mesin Wankel dengan mesin 4-langkah konvensional adalah

mesin Wankel tidak perlu mengubah energi gerak piston yang naik turun menjadi

energi putar sehingga lebih efisien.

Keunggulan yang dimiliki mesin wankel antara lain bobotnya yang ringan

dibandingkan dengan mesin 4-langkah konvensional. Tenaga yang dihasilkan

mesin ini juga lebih besar dibanding dengan mesin konvensional dengan kapasitas

yang lebih besar.

Kekurangan dari mesin ini adalah boros bahan bakar. Emisi yang

dihasilkan mesin ini juga cukup tinggi dan boros oli. Hal ini menyebabkan biaya

perawatan untuk mesin Wankel sangat besar dan sering kali mesin wankel hanya

dipakai untuk keperluan balapan.

2.1.4 Rasio Kompresi

Kompresi pada mesin merupakan perbandingan tekanan udara berbanding

bahan bakar. Dalam pengertian yang lebih luas, rasio kompresi adalah

perbandingan volume ruang bakar saat piston di titik mati bawah (TMB) dengan

volume ruang bakar saat titik mati atas (TMA). Semakin besar perbandingan rasio

kompresi maka pada saat piston berada di titik mati atas (TMA) akan memiliki

tekanan dan suhu yang semakin besar pula.

Rasio kompresi adalah suatu angka yang menyatakan perbandingan

volume antara volume total silinder dengan volume ruang bakar nya. Volume total

adalah penjumlahan dari volume silinder dan volume ruang bakar.

Untuk menghitung perbandingan kompresi memakai rumus :

Cr = (V1+V2) / (V1)...(2.20)

Dimana :

Cr = Rasio Kompresi

V1 = Volume silinder saat piston pada TMA (cc)

2.1.Dinamometer

Dinamometer digunakan untuk mengukur torsi pada keseluruhan operasi

mesin, dinamometer yang digunakan adalah tipe water brake dynamometer

dimana memanfaatkan aliran air secara proporsional dengan beban yang

diterapkan untuk menciptakan resistensi terhadap motor.

Gambar 2.14 Water brake dynamometer operation theory[13]

Dinamometer ini terdiri dari sebuah poros yang memegang sebuah rotor

dan berputar di dalam casing yang tidak bisa dimasuki air. Di setiap permukaan

rotor terdapat sejumlah baling-baling radial yang dipasang pada rotor poros.

Ruangan antara baling-baling ini membentuk poket-poket ½ elip, juga pada

permukaan casing dilengkapi dengan baling-baling seperti pada rotor. Bila rotor

digerakkan, air disemburkan keluar oleh tenaga sentripugal, air yang disemburkan

itu ditahan oleh poket-poket casing dan poket-poket casing ini berfungsi untuk

mengembalikan air ke rotor, sehingga air terus bolak-balik antara poket rotor dan

poket casing. Ini merupakan proses turbulensi yang tinggi yang terus terjadi

berulang-ulang. Akibat proses turbulensi maka akan terjadi panas, tetapi panas ini

dapat dihilangkan dengan jalan mengatur luapan air yang terus menerus mengisi

bagian belakang poket-poket casing dengan sebuah pipa karet yang fleksibel.

Poros rotor pada casing bergerak dan berputar di dalam bearing juga

trunion bearing yang berbentuk bola besar, (self lining) dan juga pada casing

dilekatkan sebuah lengan torsi yang dihubungkan dengan sebuah spring balance.

Kedudukan spring balance jarumnya harus menunjuk nol (berarti dinamometer

dalam keadaan setimbang) pada waktu berhenti dan pada waktu air mengalir

masuk casing tetapi mesin belum bekerja. Kesetimbangan ini dapat dilakukan

dengan memberi pada casing suatu beban penyeimbang yang sudah dikalibrasi

terlebih dahulu.

2.3. Performansi Motor Bakar

Bagian ini membahas tentang performansi mesin pembakaran dalam.

Parameter mekanik yang termasuk dalam subbab ini adalah torsi, daya,

perbandingan udara bahan bakar, konsumsi bahan bakar spesifik dan effisiensi

dari pembakaran di dalam mesin.

2.3.1. Torsi dan Daya

Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan

dinamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena sifat

dinamometer yang bertindak seolah-olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin,

maka daya yang dihasilkan poros output ini sering juga disebut dengan brake

power. Torsi didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada jarak momen dan

memiliki satuan N-m atau lbf-ft.

Daya didefinisikan sebagai usaha dari mesin per satuan waktu.

2.3.2. Perbandingan Udara Bahan Bakar (AFR)

Air-Fuel Ratio adalah parameter yang digunakan untuk mendeskripsikan

rasio campuran udara dengan bahan bakar:

...(2.22)

...(2.23)

...(2.24)

= ...(2.25)

...(2.26)

Dimana :

Massa udara (kg/siklus)

Laju aliran udara ke mesin (kg/sec)

Massa bahan bakar (kg/siklus)

Laju aliran bahan bakar ke mesin (kg/sec)

= Jumlah silinder

= Putaran mesin (rpm)

= 2 (rev/sec) untuk 4 langkah dan 1 (rev/sec) untuk 2 langkah

= Tekanan udara masuk silinder (85-90 kPa)

= Volume langkah (m3)

= Volume sisa (m3)

= Konstanta gas ideal (0,287 kJ/kg.K)

= Temperatur udara masuk silinder (333 K)

= 8 – 11 untuk mesin pengapian busi (Spark Ignition Engine) modern

2.3.3. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)

Konsumsi bahan bakar spesifik didefinisikan dengan :

...(2.27)

Dimana:

Konsumsi bahan bakar spesifik / Specific Fuel Consumption (gm/kWh)

Laju aliran bahan bakar ke mesin

Daya poros (kW)

2.3.4. Efisiensi Mesin

Waktu yang diperlukan untuk proses pembakaran suatu siklus mesin

sangatlah singkat dan pada umumnya tidak semua bahan bakar habis terbakar oleh

oksigen atau bahkan temperatur sekitar tidak mendukung reaksi kimia yang

terjadi. Kemungkinan terburuk sebahagian kecil molekul bahan bakar tidak

bereaksi dan terbawa ke aliran pembuangan (exhaust). Effisiensi pembakaran

menerangkan seberapa banyak bahan bakar yang bereaksi dan terbakar.

memiliki nilai yang berkisar dari 0.95 sampai 0.98 ketika mesin bekerja. Untuk

satu siklus mesin pada satu silinder, panas yang ditambahkan adalah :

...(2.28)

Untuk keadaan steady :

...(2.29)

Effisiensi termalnya adalah :

...(2.30)

Daya poros (kW)

massa bahan bakar (kg/siklus)

Laju aliran bahan bakar ke ruang bakar (kg/sec)

Nilai kalor dari bahan bakar (44400 Kj/kg)

= Effisiensi pembakaran (0,95 - 0,98)

2.4.Analisis Ketidakpastian

Suatu cara atau metode untuk menaksir ketidakpastian dalam hasil-hasil

eksperimen telah dikemukakan oleh Kline dan McClintock. Metode ini didasarkan

atas spesifikasi yang teliti ketidakpastian dalam berbagai pengukuran primer

eksperimen. Umpamanya, suatu bacaan tekanan tertentu mungkin dinyatakan

sebagai:

P = 100 kN/m2 ± 1 kN/m2

Bila tanda plus atau minus itu digunakan untuk menyatakan

katidakpastian, orang yang membuat penandaan itu sebenarnya menyatakan

berapa menurut pendapatnya derajat ketelitian pengukuran yang dilakukannya itu.

Perlu dicatat bahwa spesifikasi itu sendiri tidak pasti, karena pelaku eksperimen

itu tentunya tidak pasti mengenai ketelitian dalam pengukurannya.

Bila instrumen itu baru saja dikalibrasi secara seksama, dengan tingkat

presisi yang tinggi, eksperimentalis itu mungkin dapat memberikan tingkat

ketidakpastian pengukuran yang lebih baik dari bila pengukuran dilakukan dengan

pengukur atau instrumen lain yang riwayat kalibrasinya tidak diketahui. Sebagai

cara yang lebih baik dalam memberikan spesifikasi ketidakpastian suatu

pengukuran, Kline dan McClintock menyarankan agar pelaku eksperimen

menyatakan taruhan (kemungkinan) ketidakpastian itu. Jadi, persamaan diatas tadi

dapat ditulis:

P = 100 kN/m2 ± 1 kN/m2 ( 20 banding 1)

Dengan kata lain, pelaku eksperimen berani bertaruh dengan kemungkinan

spesifikasi taruhannya itu hanya bisa dilakukan eksperimentalis itu atas dasar

pengalaman laboratorium keseluruhan.

Umpamakan seperangkat pengukuran dilakukan dimana ketidakpastian

masing-masing pengukuran dapat dinyatakan dengan taruhan yang sama.

Perangkat pengukuran ini lalu digunakan untuk menghitung hasil eksperimen

yang dikehendaki. Kita ingin menaksir ketidakpastian dalam perhitungan atas

dasar ketidakpastian dalam pengukuran-pengukuran primer. Hasil R ialah suatu

fungsi dari variabel tak tergantung atau (independent) x1, x2, x3,...xn. jadi,

R = R (x1, x2, x3,...xn) ...(2.31)

Umpamakan WR ialah ketidakpastian dalam hasil w1, w2,...wn

ketidakpastian dalam variabel tak-tergantung itu mempunyai taruhan yang sama,

maka ketidakpastian dalam hasil yang mempunyai taruhan itu diberikan rujukan

sebagai berikut:

WR = ...(2.32)

2.5.Lomba Kendaraan Hemat Energi

Untuk menjawab kebutuhan akan kendaraan masa depan yang hemat akan

penggunaan energi dan ramah lingkungan maka dewasa ini banyak dilakukan riset

dan penelitian termasuk kegiatan – kegiatan yang memancing kaum muda untuk

berpartisipasi didalamnya. Ada beberapa perlombaan kendaraan hemat energi

yang kita kenal salah satunya adalah Shell Eco-marathon dimana kegiatan ini

merupakan reguler tahunan yang menantang tim mahasiswa untuk merancang dan

membangun kendaraan yang paling hemat energi untuk bersaing dengan

kendaraan tim lain, dimana pemenangnya adalah kendaraan yang dapat bergerak

dengan jarak terjauh dengan menggunakan bahan bakar atau energi paling

minimal. Para tim akan bersaing dalam dua kategori utama berdasarkan desain

1. Kategori Prototype adalah untuk kendaraan berbentuk futuristik yang bertujuan untuk memaksimalkan efisiensi bahan bakar melalui elemen desain

yang inovatif.

2. Kategori Urban Concept adalah untuk desain kendaraan konvensional roda

empat yang hemat bahan bakar, sesuai dengan kebutuhan pengemudi saat ini.

Tim mahasiswa dapat memilih salah satu bahan bakar berikut untuk

sumber daya kendaraan mereka. Kendaraan-kendaraan dapat menggunakan salah

satu bahan bakar berikut atau jenis energi :

1. Shell Unleaded 95 (EU)/Shell Plus 89 (US) Petrol/Gasoline

2. Shell Diesel

3. Liquefied Petroleum Gas (LPG)

4. Shell Gas to Liquids (100% GTL)

5. Fatty Acid Methyl Ester (100% FAME)

6. Ethanol E100 (100% Ethanol)

7. Hydrogen

8. Solar/Energi Surya

9. Plug-In Electricity (Li-on)

Shell Eco-marathon Asia 2012 memiliki jumlah peserta sebanyak 145 tim

dari 18 negara di Asia dimana dari Indonesia sendiri diikuti oleh 8 perguruan

tinggi yaitu: Universitas Gajah Mada (UGM), Institut Teknologi Bandung (ITB),

Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Politeknik Negeri Pontianak,

Universitas Pendidikan Indonesia, Politeknik Manufaktur Bandung, Politeknik

Negeri Jakarta dan Universitas Sumatera Utara (USU).

Di Indonesia sendiri untuk pertama kalinya tahun 2012 diadakan Indonesia

Energy Marathon Challange dimana kegiatan ini pada dasarnya juga sama dengan

konsep Shell Eco-marathon hanya saja peserta kompetisi dari Indonesia dan

keragaman sumber energi yang disediakan juga masih sangat minim yaitu

BAB III

METODOLOGI PENGUJIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Pengujian ini dilakukan dibeberapa tempat sebagai berikut:

a. Pengujian kecepatan untuk mendapatkan putaran mesin dilakukan di Jl.

Universitas, Universitas Sumatera Utara selama 3 hari.

b. Pengujian perbandingan udara dan bahan bakar dilakukan di bengkel

SEBU, Jl. Ringroad Medan selama 1 hari.

c. Pengujian torsi dilakukan di Laboratorium Teknologi Mekanik

Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara selama 3 hari.

3.2 Bahan Pengujian

Adapun bahan pengujian yang digunakan adalah :

1. Mesin “MESIN USU”

“MESIN USU” menggunakan mesin yang diadopsi dari mesin pabrikan

Honda yaitu mesin dari Honda Revo.

Spesifikasi mesin sebagai berikut :

Tipe mesin : 4 langkah

Diameter x langkah : 50 mm x 55,6 mm

Volume langkah : 109,1 cc

Perbandingan Kompresi : 9,0 : 1

Daya Maksimum : 6,2 kW/7.500 rpm

Torsi Maksimum : 8,6 Nm/5.500 rpm

Kapasitas Minyak Pelumas Mesin : 0,8 lt pada pergantian periodic

Kopling Otomatis : Ganda, otomatis, sentrifugal

Gigi Transmsi : 4 kecepatan bertautan tetap

Pola Pengoperan Gigi : N - 1 - 2 - 3 - 4 – N

Starter : Pedal dan Elektrik

Aki : MF 12 V - 3Ah

Busi : ND U20EPR9S, NGK CPR6EA-9S

Sistem Pengapian : DC-CDI, Battery

Tahun Pembuatan : 2011

Berat Kendaraan : 97 Kg

Setelah mendapat data pengujian dari keadaan standar,

perbandingan rasio kompresi dimodifikasi menjadi 11:1 agar mendapat data

pengujian dari keadaan setelah modifikasi rasio kompresi

3.3 Alat Pengujian

Adapun alat pengujian yang digunakan adalah :

1. Bahan Bakar

Adapun bahan bakar yang digunakan dalam pengujian ini adalah:

Gambar 3.2 Bahan bakar premium

Premium merupakan nama bahan bakar bensin yang paling umum

digunakan di Indonesia, spesifikasi umumnya sebagai berikut:

o Warna kuning

o RON 88

o Kandungan timbal (0,013 gr/l - 0,3 gr/l)

o Berat jenis pada suhu 150C (715 kg/m3-780 kg/m3)

o Nilai kalor (44400 kJ/kg)

o Harga Rp 4500/liter

b. Pertamax Plus

Pertamax plus merupakan nama bahan bakar bensin yang paling

mahal dan paling baik yang digunakan di Indonesia, spesifikasi

umumnya sebagai berikut:

o Warna merah

o RON 95

o Kandungan timbal maksimum 0,013 gr/l

o Berat jenis pada suhu 150C (715 kg/m3-770 kg/m3)

o Nilai kalor (44400 kJ/kg)

o Harga Rp 1080/liter

2. Speedometer

Digunakan untuk mengukur kecepatan kendaraan dalam pengujian

Gambar 3.4 Speedometer

Alat ukur yang digunakan adalah analog speedometer standar

bawaan sepeda motor Honda Blade yang memiliki tipikal mesin yang

sama dengan Honda Absolute Revo dengan spesifikasi sebagai berikut:

o Daya 12V, Aki MF 3Ah

o Sensor pada putaran roda depan

o Batas ukur 0-160 km/jam

o Tampilan analog

3. Tachometer

Gambar 3.5 Tachometer

Alat ukur yang digunakan adalah portable digital tachometer

dengan spesifikasi sebagai berikut :

o Daya 12V

o Batas ukur 0-9999 rpm dengan ketelitian ± 68 rpm

o Stainless steel

4. Hidrolik Dinamometer

Digunakan untuk mengukur torsi dari mesin “MESIN USU”.

Gambar 3.6 Hidrolik dinamometer

Alat ukur yang digunakan adalah hidrolik dinamometer dimana

menggunakan rem hidrolis yang terdiri dari pompa, penampungan

fluida dan pipa antara dua bagian tersebut. Katup pengatur terletak

penampung memiliki penunjuk atau instrumen untuk menunjukkan

besarnya tekanan hidrolis, fluida yang digunakan adalah air. Adapun

spesifikasinya sebagai berikut:

o Buatan Tecquipment

o Batas ukur 20Nm, 6000rpm dengan ketelitian ±0.25%

o Hidrolik sistem dengan air sebagai absorber

o 1 Katup pengisian/pembebanan dan 1 katup buang

o Timbangan torsi analog

5. Timbangan

a. Digunakan untuk mengukur berat pembebanan pada dinamometer

Gambar 3.7 Timbangan digital

Timbangan heles digital tipe EK3252 dengan spesifikasi:

- Super presisi dengan sensor tekanan

- Kapasitas maksimum 5kg Auto ON/OFF

- Auto zero

b. Digunakan untuk mengukur berat pengendara

Gambar 3.8 Timbangan analog

Timbangan yang digunakan adalah krisbow personal scales

dengan spesifikasi sebagai berikut:

- Sensor tekanan analog

- Beban maksimum 120 kg

6. AFR Meter

Digunakan untuk mengukur perbandingan udara dan bahan bakar di

dalam mesin.

Tipe alat ukur yang digunakan adalah LM-2 AFR meter portabel

buatan Innovate Motorsports Amerika.

Spesifikasi:

• Daya 12V

• Ketelitian ± 0.29 setelah 500 pengukuran and ± 0,59 setelah 2000

kali pengukuran.

• Wideband O2 kompatibel dengan semua jenis bahan bakar

• Single atau dual channel

• OBD-II pindai alat-membaca / DTC jelas dan log hingga 16

saluran CAN OBD-II data

• Log langsung ke SD card

• Data log Playback pada layar dan / atau dengan perangkat lunak

logworks

• Layar LCD

• 2 dikonfigurasi analog output linier

• konektor kunci Positif untuk semua koneksi

• Inovasi MTS seri IN dan OUT

• USB koneksi ke PC

Tabel 3.1 Standar stoikometeri beberapa bahan bakar[9] :

Bahan Bakar AFR

LM-2 juga dapat dikalibrasi otomatis sesuai perubahan suhu,

7. Tools

Digunakan untuk melakukan pemasangan dan pembongkaran mesin

“MESIN USU” selama pengujian.

Gambar 3.10 Toolbox

Adapun beberapa alat-alat yang digunakan selama pengujian

diantaranya adalah sebagai berikut:

o Obeng

o Tang jepit, tang potong dan tang buaya

o Kunci-kunci pas dan kunci ring

3.4 Prosedur Pengujian

Prosedur pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut.

1. Setelah modifikasi rasio kompresi menjadi 11:1, Mesin “MESIN

USU”dibongkar dan dipasang kembali ke sepeda motor

2. Tachometer dipasang pada sepeda motor

3. Sepeda motor diuji dengan variasi bahan bakar, beban dan kecepatan

Tabel 3.2 Format pengujian kecepatan terhadap putaran dengan variasi bahan

bakar premium dan pertamax plus

Jenis Beban

Pengemudi Kecepatan

N

4. Pengujian perbandingan udara dan bahan bakar kendaraan sesuai dengan

putaran mesin yang sudah didapatkan dari pengujian sebelumnya dengan

variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.

5. Mesin dibuka dan dipasang pada alat uji torsi untuk melakukan pengujian

torsi

6. Alat uji torsi diseimbangkan dengan pemberian beban sebesar 2692 gram

7. Torsi diukur dengan variasi rpm yang sudah didapatkan dengan variasi

bahan bakar premium dan pertamax plus.

8. Mesin dibuka dan rasio kompresi dimodifikasi menjadi 11:1, kemudian

prosedur pengambilan data diulang kembali dari awal.

9. Semua data dicatat dan dianalisis

3.5. Bagan Alir Pengerjaan

Adapun prosedur dari pengerjaan dan pengujian yang dilakukan dalam

skripsi ini dapat dilihat pada bagan alir berikut ini dapat dilihat pada bagan

alir berikut ini

Gambar 3.11 Bagan alir prosedur pengerjaan

Mulai

Survei Lapangan dan Studi Literatur

Pemasangan Alat

Pengadaan Alat dan Bahan Bakar

Pengujian Kendaraan

Selesai

Variasi Bahan Bakar Modifikasi Rasio

3.6. Modifikasi Rasio Kompresi

Untuk mendapatkan rasio kompresi yang diinginkan yaitu 11:1, maka

mesin yang digunakan dimodifikasi dengan melakukan penggantian piston dan

pengurangan packing pada cylinder block dan cylinder head.

Gambar 3.12 Piston lama dan piston baru

Perbedaan piston yang lama dengan yang baru adalah hanya pada

ketinggian head pada piston dimana diameter dan tinggi pen piston adalah sama.

Piston yang baru mempunyai head yang lebih tinggi daripada piston yang lama.

Dengan hanya mengganti piston saja, rasio kompresi adalah bekisar 10 : 1. Oleh

karena itu, dilakukan pengikisan packing pada cylinder blok dan cylinder head.

Setelah dilakukan penggantian piston dan pengikisan packing, pengukuran rasio

kompresi dilakukan dengan cara manual. Mesin yang akan diukur kompresinya,

diletakkan dengan posisi vertikal (tegak) dalam keadaan piston berada dalam

posisi TMA (Titik Mati Atas). Kemudian, kepala silinder pada mesin dibuka agar

dapat melapisi bagian celah piston dan linner pakai gemuk atau grease.

Tujuannya, agar cairan di buret tidak tembus atau mengalir ke crankcase.

Sehingga, cairan yang dimasukkan tetap berada di ruang bakar. Kemudian,

langkah selanjutnya adalah melapisi bagian celah klep pada cylinder head pakai

grease. Kemudian memasang kembali kepala silinder seperti halnya mesin siap

pakai. Selanjutnya mengalirkan atau meneteskan cairan yang ada di dalam buret

melalui ulir lubang busi di kepala silinder sampai ketinggian lubang ulir busi.

Setelah itu, dapat dihitung berapa cc volume cairan yang terpakai untuk mengisi

ruang bakar itu. Cairan yang terpakai untuk mengisi ruang bakar adalah cairan

yang dimasukkan sampai ketinggian lubang ulir busi yaitu 12,8 cc dikurangi

volume ulir pada busi sebesar 0,8 cc, sehingga didapat hasil 12,0 cc. Untuk

menghitung rasio kompresinya adalah cairan yang terpakai untuk mengisi ruang

bakar ditambah volume silinder total kemudian dibagi volume silinder total.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengujian Performansi

Pengujian performansi ini dilakukan secara langsung dengan menggunakan

variasi bahan bakar premium dan pertamax plus, beban pengemudi dan kecepatan

kendaraan dengan modifikasi rasio kompresi.

Tabel 4.1 Hasil prediksi performansi mesin mobil hemat energi secara teoritis

N

(RPM) τ (Nm) (hp) bsfc (gm/kW-hr) (ηt)b (%)

2000 4.138364 1.1622941 495.5170166 16.9584012

2500 4.981364 1.7488222 411.6602907 20.4128903

3000 5.747727 2.4214461 356.7722519 23.553335

3500 6.437455 3.1640229 318.5466535 26.3797352

4000 7.050545 3.9604096 290.8469445 28.8920909

4500 7.587 4.7944632 270.282009 31.0904022

5000 8.046818 5.6500409 254.8373228 32.974669

5500 8.43 6.5109995 243.2538081 34.5448913

4.1.1 Torsi

Berikut adalah data hasil pengujian torsi pada mesin sepeda motor dengan variasi

bahan bakar premium dan pertamax plus, beban dan kecepatan dengan modifikasi

rasio kompresi

Tabel 4.2 Hasil pengujian torsi terhadap putaran dengan variasi bahan bakar

premium dan pertamax plus setelah modifikasi rasio kompresi

4992 8,2

Dengan ketidakpastian pengukuran torsi ±0.25% dan tachometer ±1,91%

Tabel 4.3 Perbandingan persen galat torsi pada bahan bakar premium terhadap

kecepatan sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi

Premium (Kompresi 9:1)

Premium

(Kompresi 11:1) Galat/error

6,4 5,1 20,31%

Tabel 4.4 Perbandingan persen galat torsi pada bahan bakar pertamax plus

terhadap kecepatan sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi

Pertamax Plus (Kompresi 9:1)

Pertamax Plus

(Kompresi 11:1) Galat/error

5,3 5,3 0,00%

5,5 5,6 1,82%

7,1 7,4 4,23%

7,5 8,1 8,00%

8 8,4 5,00%

5,4 5,4 0,00%

5,5 5,7 3,64%

6,9 6,4 7,25%

7,2 7,5 4,17%

7,8 8,2 5,13%

8,2 8,6 4,88%

5,4 5,4 0,00%

5,6 5,8 3,57%

6,7 6,5 2,99%

7,3 7,6 4,11%

7,9 8,3 5,06%

8,1 8,5 4,94%

Gambar 4.1 Grafik Torsi vs putaran mesin

Dari tabel dan grafik tersebut dapat dilihat besarnya torsi untuk masing-masing

pengujian sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi. Untuk bahan bakar

premium (RON 88) sebelum modifikasi rasio kompresi, torsi terendah yaitu

sebesar 6,4 Nm dan torsi tertinggi sebesar 8,6 Nm. Untuk bahan bakar premium

(RON 88) setelah modifikasi rasio kompresi, torsi terendah yaitu sebesar 5,1 Nm

dan torsi tertinggi sebesar 8,6 Nm.

Untuk bahan bakar pertamax plus (RON 95) sebelum modifikasi rasio kompresi,

torsi terendah terjadi pada yaitu sebesar 5,3 Nm dan torsi tertinggi terjadi pada

modifikasi rasio kompresi, torsi terendah yaitu sebesar 5,3 Nm dan torsi tertinggi

sebesar 8,6 Nm.

Selain karena dipengaruhi putaran dan beban mesin, besar kecilnya torsi

dipengaruhi oleh rasio kompresi dan bahan bakar. Semakin tinggi rasio kompresi,

nilai oktan bahan bakar yang harus dipakai harus tinggi agar nilai torsi yang

didapat lebih besar.

4.1.2 Daya

Berikut data hasil perhitungan daya pada mesin sepeda motor dengan variasi

bahan bakar Premium dan Pertamax plus, beban dan kecepatan dengan modifikasi

rasio kompresi

Tabel 4.5 Hasil perhitungan daya terhadap putaran dengan variasi bahan bakar

premium dan pertamax plus setelah modifikasi rasio kompresi

3168 2,09 ± 2,16%

Tabel 4.6 Perbandingan persen galat daya pada bahan bakar premium sebelum

dan setelah modifikasi rasio kompresi

Premium (Kompresi 9:1)

Premium

(Kompresi 11:1) Galat/error

Tabel 4.7 Perbandingan persen galat daya pada bahan bakar pertamax plus

sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi

Pertamax Plus (Kompresi 9:1)

Pertamax Plus

(Kompresi 11:1) Galat/error

1,18 1,16 1,69%

Gambar 4.2 Grafik daya vs putaran mesin

Dari tabel dan grafik tersebut dapat dilihat besarnya daya untuk masing-masing

pengujian sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi. Untuk bahan bakar

premium (RON 88) sebelum modifikasi rasio kompresi, daya terkecil yaitu

(RON 88) setelah modifikasi rasio kompresi, daya terkecil yaitu sebesar 1,07 kW

dan daya terbesar adalah 5,37 kW.

Untuk bahan bakar pertamax plus (RON 95) sebelum modifikasi rasio kompresi,

daya terkecil yaitu sebesar 1,18 kW dan daya terbesar sebesar 5,24 kW. Untuk

bahan bakar pertamax plus (RON 95) setelah modifikasi rasio kompresi, daya

terkecil yaitu sebesar 1,16 kW dan daya terkecil sebesar 5,47 kW.

Besar kecil daya mesin bergantung pada besar kecil torsi yang didapat. Daya yang

dihasilkan mesin dipengaruhi oleh putaran poros engkol yang terjadi akibat

dorongan piston yang dihasilkan karena adanya pembakaran bahan bakar dengan

udara. Jika konsumsi bahan bakar dan udara diperbesar maka akan semakin besar

daya yang akan dihasilkan mesin.

Untuk kesemua hasil pengujian besarnya daya yang dihasilkan mengalami

kecenderungan peningkatan seiring kecepatan kendaraan, pembebanan

pengemudi, dan modifikasi rasio kompresi.

4.1.3 Perbandingan Udara dengan Bahan Bakar (AFR)

Berikut data hasil pengujian perbandingan udara dan bahan bakar (AFR) pada

mesin sepeda motor dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus,

beban dan kecepatan setelah modifikasi rasio kompresi.

Tabel 4.8 Hasil pengujian AFR terhadap putaran dengan variasi bahan bakar

premium dan pertamax plus setelah modifikasi rasio kompresi.

4884 14,6

Dengan ketidakpastian pengukuran AFR meter ±0,59

Tabel 4.9 Perbandingan persen galat AFR terhadap kecepatan dengan variasi

bahan bakar premium setelah modifikasi rasio kompresi

Premium (Kompresi 9:1)

Premium

(Kompresi 11:1) Galat/error

13,2 14,6 10,61%

Tabel 4.10 Perbandingan persen galat AFR terhadap kecepatan dengan variasi

bahan bakar pertamax plus setelah modifikasi rasio kompresi

Pertamax Plus (Kompresi 9:1)

Pertamax Plus

(Kompresi 11:1) Galat/error

Gambar 4.3 Grafik AFR vs putaran mesin

Dari tabel dan grafik tersebut dapat dilihat besarnya AFR untuk masing-masing

pengujian sebelum dan setelah modifikasi rasio kompresi. Untuk bahan bakar

premium (RON 88) sebelum modifikasi rasio kompresi, AFR terkecil yaitu

sebesar 13,1 dan AFR terbesar yaitu sebesar 21,6. Untuk bahan bakar premium

(RON 88) setelah modifikasi rasio kompresi, AFR terkecil yaitu sebesar 14,1 dan

AFR terbesar yaitu sebesar 22,5.

Untuk bahan bakar pertamax plus (RON 95) sebelum modifikasi rasio kompresi,

AFR terkecil yaitu sebesar 12 dan AFR terbesar yaitu sebesar 19. Untuk bahan

bakar pertamax plus (RON 95) setelah modifikasi rasio kompresi, AFR terkecil

yaitu sebesar 13 dan AFR terbesar adalah 20,5.

Semakin tinggi putaran dan beban mesin, maka semakin kecil perbandingan udara

dan bahan bakar. Ini disebabkan karena pada putaran dan beban maksimal terjadi

proses pembakaran yang sangat cepat dimana diperlukan bahan bakar dengan

jumlah besar, sehingga diperlukan udara yang besar pula untuk mengimbangi

bahan bakar tadi pada keadaan ideal perbandingan udara dan bahan bakar adalah

14,7.

Untuk kesemua hasil pengujian besarnya nilai AFR mengalami kecenderungan

4.1.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)

Berikut data hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) pada mesin

sepeda motor dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus setelah

modifikaso rasio kompresi.

Tabel 4.11 Hasil perhitungan SFC terhadap putaran dengan variasi bahan bakar

premium dan pertamax plus setelah modifikasi rasio kompresi