KAJIAN STUDI PENGARUH JARAK MEDAN MAGNET 2500 GAUSS
DENGAN RUANG BAKAR TERHADAP PERFORMANSI MESIN
OTTO SATU SILINDER DENGAN BAHAN BAKAR PREMIUM
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
BUDI ARI SASMITO SIMATUPANG NIM: 110401003
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
i ABSTRAK
Saat ini sumber energi yang paling banyak digunakan di dunia adalah energi fosil yang berupa bahan bakar minyak. Energi fosil adalah energi yang tidak terbarukan dan akan habis pada beberapa tahun mendatang. Selain karena akan habis, energi fosil juga berdampak negatif terhadap lingkungan. Energi fosil berdampak pada pemanasan global yang menyebabkan perubahan iklim. Penyebab utama hal ini adalah ketidak sempurnaan pembakaran di dalam mesin yang mengurangi kemampuan kerja mesin dan meningkatnya laju konsumsi bahan bakar. Salah satu cara yang saat ini dikembangkan untuk mengatasi hal ini adalah melakukan magnetasi pada saluran bahan bakar. Cara kerjanya dengan memagnetasi bahan bakar premium yang mengalir menuju karburator pada saluran bahan bakar terlebih dahulu dengan menggunakan alat yang memiliki kekuatan magnet. Medan magnet permanen yang cukup kuat pada saluran bahan bakar akan menyebabkan reaksi penolakan antar molekul hidrokarbon sehingga terbentuk jarak yang optimal antar molekul hidrokarbon. Aktifitas molekular yang meningkat akibat medan magnet akan menyebabkan pengelompokan molekular terpecah. Oksigen akan lebih mudah bereaksi dengan masing-masing molekul hidrokarbon yang tidak lagi berada dalam kelompok, sehingga menghasilkan pembakaran yang lebih sempurna. Oleh karena itu, penulis melakukan pengujian pada mesin otto berbahan bakar premium dan dengan menggunakan magnet 2500 Gauss untuk mengetahui pengaruh magnetasi terhadap efisiensi termal brake, konsumsi bahan bakar spesifik, torsi, daya, AFR dan emisi gas buang. Prosedur pengujian dengan cara magnet dipasang pada saluran bahan bakar dengan variasi jarak 10 cm, 20 cm dan 30 cm dan hasilnya dibandingkan tanpa menggunakan magnet pada saluran bahan bakar. Dari hasil pengujian yang dilakukan, penggunaan magnet dapat menurunkan konsumsi bahan bakar spesifik sampai 27,13%, meningkatkan efisiensi thermal brake sampai 21,251 % dan Mengurangi kadar CO sampai 24,1%.
ii ABSTRAK
The current energy source are most widely used in the world is form of fossil fuelsfossil fuels are non renewable and will be exhausted in a few yearsbecause it will run out, fossil fuel also have a negative impact on the environment. fossil energy impact on global warming that causes climate change. inperfections combustion in the engine work and increased the rate of fuel consumption. one of the methods currently develoved is fuel magnetization. the way is works is to magnetize the premium fuel first which flows to the carburetor in its fuel line by using such a tool contains of certain magnetic force. the permanent magnetic field which is strong enough on diamagnetic hydrocarbon molecule will make a rejected reaction among hydrocarbon molecule. the increased molecular activity as a result of the magnetic field will make fragmented molecular grouping. The oxygen will react easier with each of hydrocarbon molecule that is not in the group anymore, hence it produces the more perfect combustion. therefore, the authors tested the otto engine using premium fuel and 2500 gauss magnet.Testing procedures by means of a magnet mounted on the fuel line with a distance variation 10 cm, 20 cm and 30 cm and results compared with no used of magnets on the fuel line. The results tests made use of magnets can reduce specific fuel consumption up to 27,3 %, improve thermal brake efficiency up to 21,251%,and reduce levels CO up to 24,1%.
iii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas karunia-Nya sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini. Skripsi adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan dan memperoleh gelar sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.Adapun judul skripsi yang penulis kerjakan ini adalah “KAJIAN STUDI PENGARUH JARAK MEDAN MAGNET 2500 GAUSS DENGAN RUANG BAKAR TERHADAP PERFORMANSI MESIN OTTO SATU SILINDER DENGAN BAHAN BAKAR PREMIUM”.
Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar besarnya kepada Pihak yang telah memberikan bantuan dan bimbingannya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan yaitu:
1. Allah SWT, untuk kesehatan jasmani dan rohani sehingga penulis dapat melaksanakan dan menyelesaikan Laporan Tugas Akhir dengan baik.
2. Orang tua dan keluarga besar, Ayahanda Sobar Simatupang dan Ibunda Emmi Ritonga yang telah memberikan dukungan dan doa, semangat juga materi kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri , selaku Ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Syahril Gultom , MT selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga dan pikiran untuk mengarahkan penulis dalam menyusun skripsi ini.
5. Bapak/Ibu staff pengajar di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
iv 7. Bengkel SEHAT yang bersedia meminjamkan alat uji dalam penyusunan
skripsi ini.
8. BBLK (Balai Besar Latihan Kerja) Medan, yang bersedia membantu peminjaman alat uji dalam penyusunan skripsi ini.
9. Saudaraku yang tercinta, Wahyu Oloan Simatupang, Rahmat Soehedi Simatupang, Tia Indah Sari Simatupang yang telah memberikan dukungan doa, materi dan semangat kepada penulis selama pengerjaan tugas akhir ini. 10.Teman-teman Asisten Laboratorium Teknologi Mekanik Departemen Teknik
Mesin, Universitas Sumatera Utara, yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, yang telah memberikan masukan serta semangat kepada penulis.
11.Teman-teman stambuk 2011 dan seluruh pihak yang telah banyak membantu dalam Skripsi ini.
Akhir kata, semoga ALLAH SWT berkenan membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu penulis. Penulis mengaharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun agar laporan ini menjadi lebih baik dan bermanfaat bagi semua pihak yang membacanya.
Medan, Juli 2015 Hormat kami,
Penulis
v DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... xi
BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ... 1
1.2Batasan Masalah ... 3
1.3Tujuan Penelitian ... 4
1.3.1Tujuan Umum ... 4
1.3.2Tujuan Khusus ... 4
1.4Manfaat Penelitian ... 4
1.5Metodologi Penulisan ... 5
1.6Sistematika Penulisan ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1Motor Bakar ... 7
2.2Klasifikasi Motor Bakar ... 7
2.3Sistem Kerja Motor Bakar ... 9
2.3.1Motor Bensin 4 langkah ... 10
2.3.2Performansi Motor Bakar ... 11
2.4Nilai Kalor Bahan Bakar ... 15
2.5Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) ... 16
2.6Bahan Bakar Bensin ... 17
vi
2.7.1Asal Kemagnetan ... 18
2.7.2Teori Kemagnetan Bumi ... 19
2.7.3Medan Magnet ... 19
2.7.4Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik ... 20
2.7.5Elektromagnet ... 21
2.8Efek Magnetasi Pada Bahan Bakar Premium ... 21
2.8.1Reaktifitas Molekul ... 21
2.8.2Prinsip Kerja Magnet Pada Saluran Bahan Bakar ... 22
2.9Emisi Gas Buang ... 23
2.9.1Sumber ... 23
2.9.2Komposisi Kimia ... 23
2.9.3Bahan Penyusun ... 23
BAB III METODE PENELITIAN 3.1Tempat dan Waktu ... 26
3.2Bahan dan Peralatan ... 26
3.2.1Alat ... 26
3.2.2Bahan ... 31
3.3Metode Pengumpulan Data ... 32
3.4Metode Pengolahan Data ... 32
3.5Pengamatan Dan Tahap Pengujian ... 32
3.6Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar... 34
3.7Prosedur Pengujian performansi mesin otto ... 35
3.8Prosedur Pengujian AFR dan emisi gas buang ... 41
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1Data Hasil Penelitian ... 43
4.1.1 Hasil pengujian tanpa magnet ... 43
4.1.2 Hasil pengujian menggunakan magnet jarak 10 cm ... 44
4.1.3 Hasil pengujian menggunakan magnet jarak 20 cm ... 44
vii
4.1.5 Spesifikasi data alat dan bahan pengujian... 48
4.2Pengujian Performansi Mesin ... 49
4.2.1Final Ratio ... 50
4.2.2Torsi ... 51
4.2.3Daya ... 55
4.2.4Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 50
4.2.5Efisiensi Thermal Brake ... 63
4.2.6Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) ... 66
4.2.7Pengujian Emisi Gas Buang ... 68
4.2.8Discussion ... 69
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1Kesimpulan ... 70
5.2Saran ... 71
DAFTAR PUSTAKA ... xiii
viii DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram P – V siklus otto ideal ... 9
Gambar 2.2 langkah kerja motor bensin 4 langkah ... 11
Gambar 2.3 Pengaruh magnet terhadap bahan bakar ... 22
Gambar 3.1 Sepeda Motor Honda Supra X 125 Helm In ... 26
Gambar 3.2 Magnet ... 27
Gambar 3.3 Tachometer ... 28
Gambar 3.4 Tools ... 29
Gambar 3.5 Stopwatch ... 29
Gambar 3.6 Gelas ukur ... 29
Gambar 3.7 Timbangan Digital ... 30
Gambar 3.8 Timbangan Pegas ... 30
Gambar 3.9 Selang Bahan Bakar ... 30
Gambar 3.10 Pengatur bukaan Trottle ... 31
Gambar 3.11 Pengukur konsumsi bahan bakar ... 31
Gambar 3.12 Bensin Murni ... 32
Gambar 3.13 Diagram alir penelitian ... 33
Gambar 3.14 Diagram Alir prosedur pengujian Performansi mesin ... 40
Gambar 3.15 Diagaram Alir Prosedur Pengujian Konsumsi Bahan Bakar ... 43
ix Gambar 4.2 Grafik Daya Vs Putaran sebelum dan sesudah
magnetasi bahan bakar ... 54
Gambar 4.3 Grafik Sfc Vs Putaran sebelum dan sesudah Magnetasi ... 57
Gambar 4.4 Grafik Efisiensi Thermal Vs Putaran Tanpa dan
dengan magnetasi ... 60
Gambar 4.5 Grafik perbandingan AFR Vs Putaran Tanpa dan dengan
Magnetasi ... 63
x DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi premium... 18
Tabel 4.1 Data hasil pengujian tanpa magnet ... 43
Tabel 4.2 Data hasil pengujian menggunakan magnet jarak 10 cm... 44
Tabel 4.3 Data hasil pengujian menggunakan magnet jarak 20 cm... 44
Tabel 4.4 Data hasil pengujian menggunakan magnet jarak 30 cm... 45
Tabel 4.5 Hasil pengujian nilai kalor bahan bakar premium ... 46
Table 4.6 Massa tarik rata-rata pada pengujian tanpa penggunaan magnet... 49
Table 4.7 Torsi mesin hasil perhitungan ... 50
Table 4.8 Daya mesin hasil perhitungan ... 53
Table 4.9 Konsumsi bahan bakar spesifik hasil perhitungan ... 56
Tabel 4.10 Nilai efisiensi thermal brake hasil perhitungan ... 59
Table 4.11 Data hasil pengujian AFR ... 61
xi DAFTAR NOTASI
Lambang Keterangan Satuan
Laju massa udara dalam silinder Kg/jam
Laju aliran bahan bakar Kg/jam
AFR Rasio campuran bahan bakar dan udara
B Diameter silinder mm
CV Nilai Kalor Kj/Kg
F Gaya N
G Gaya gravitasi m/s2
HHV Nilai kalor atas Kj/Kg
LHV Nilai kalor bawah Kj/Kg
ma massa aliran udara per siklus Kg/cyl-cycle
n putaran rpm
PB Daya W
Pi Tekanan udara masuk ruang bakar kpa
rc Rasio kompresi
S Panjang langkah mm
Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/W.jam
t waktu jam
T Torsi N.m
Vc Volume sisa m3
Vd Volume langkah m3
i ABSTRAK
Saat ini sumber energi yang paling banyak digunakan di dunia adalah energi fosil yang berupa bahan bakar minyak. Energi fosil adalah energi yang tidak terbarukan dan akan habis pada beberapa tahun mendatang. Selain karena akan habis, energi fosil juga berdampak negatif terhadap lingkungan. Energi fosil berdampak pada pemanasan global yang menyebabkan perubahan iklim. Penyebab utama hal ini adalah ketidak sempurnaan pembakaran di dalam mesin yang mengurangi kemampuan kerja mesin dan meningkatnya laju konsumsi bahan bakar. Salah satu cara yang saat ini dikembangkan untuk mengatasi hal ini adalah melakukan magnetasi pada saluran bahan bakar. Cara kerjanya dengan memagnetasi bahan bakar premium yang mengalir menuju karburator pada saluran bahan bakar terlebih dahulu dengan menggunakan alat yang memiliki kekuatan magnet. Medan magnet permanen yang cukup kuat pada saluran bahan bakar akan menyebabkan reaksi penolakan antar molekul hidrokarbon sehingga terbentuk jarak yang optimal antar molekul hidrokarbon. Aktifitas molekular yang meningkat akibat medan magnet akan menyebabkan pengelompokan molekular terpecah. Oksigen akan lebih mudah bereaksi dengan masing-masing molekul hidrokarbon yang tidak lagi berada dalam kelompok, sehingga menghasilkan pembakaran yang lebih sempurna. Oleh karena itu, penulis melakukan pengujian pada mesin otto berbahan bakar premium dan dengan menggunakan magnet 2500 Gauss untuk mengetahui pengaruh magnetasi terhadap efisiensi termal brake, konsumsi bahan bakar spesifik, torsi, daya, AFR dan emisi gas buang. Prosedur pengujian dengan cara magnet dipasang pada saluran bahan bakar dengan variasi jarak 10 cm, 20 cm dan 30 cm dan hasilnya dibandingkan tanpa menggunakan magnet pada saluran bahan bakar. Dari hasil pengujian yang dilakukan, penggunaan magnet dapat menurunkan konsumsi bahan bakar spesifik sampai 27,13%, meningkatkan efisiensi thermal brake sampai 21,251 % dan Mengurangi kadar CO sampai 24,1%.
ii ABSTRAK
The current energy source are most widely used in the world is form of fossil fuelsfossil fuels are non renewable and will be exhausted in a few yearsbecause it will run out, fossil fuel also have a negative impact on the environment. fossil energy impact on global warming that causes climate change. inperfections combustion in the engine work and increased the rate of fuel consumption. one of the methods currently develoved is fuel magnetization. the way is works is to magnetize the premium fuel first which flows to the carburetor in its fuel line by using such a tool contains of certain magnetic force. the permanent magnetic field which is strong enough on diamagnetic hydrocarbon molecule will make a rejected reaction among hydrocarbon molecule. the increased molecular activity as a result of the magnetic field will make fragmented molecular grouping. The oxygen will react easier with each of hydrocarbon molecule that is not in the group anymore, hence it produces the more perfect combustion. therefore, the authors tested the otto engine using premium fuel and 2500 gauss magnet.Testing procedures by means of a magnet mounted on the fuel line with a distance variation 10 cm, 20 cm and 30 cm and results compared with no used of magnets on the fuel line. The results tests made use of magnets can reduce specific fuel consumption up to 27,3 %, improve thermal brake efficiency up to 21,251%,and reduce levels CO up to 24,1%.
1 tergantung pada energi fosil. Hampir 95% dari kebutuhan energi Indonesia masih disuplai oleh energi fosil. Sekitar 50% dari energi fosil tersebut adalah minyak bumi dan sisanya adalah gas dan batu bara. Energi fosil adalah energi yang tak terbarukan dan akan habis pada beberapa tahun yang akan datang. Diprediksi tidak lebih dari 50 tahun lagi energi fosil di dunia akan habis. Selain karena akan habis, energi fosil juga berdampak negatif terhadap lingkungan. Emisi gas rumah kaca dari pembakaran energi fosil berdampak pada pemanasan global yang menyebabkan perubahan iklim. Penyebab utama dari hal ini adalah ketidak sempurnaan pembakaran di ruang bakar, disamping itu juga kerugian gesekan yang ditimbulkan antar komponen mesin.
Pembakaran yang tidak sempurna akan menimbulkan efek yang mengurangi kemampuan kerja mesin. Selain itu juga pembakaran yang tidak sempurna mengakibatkan meningkatnya laju konsumsi bahan bakar dan hal inilah yang harus di hindari. Dengan menekan konsumsi bahan bakar inilah kita dapat menghemat pemakaian bahan bakar.
2 Salah satu metode yang saat ini dikembangkan adalah magnetasi bahan bakar. Cara kerjanya adalah dengan magnetasi bahan bakar premium yang akan mengalir menuju karburator pada saluran bahan bakar terlebih dahulu menggunakan alat yang mengandung kekuatan magnet. Sebelum dibakar di ruang bakar, bahan bakar sudah termagnetasi.
Para produsen magnet menyebutkan bahwa dengan menggunakan magnetasi pada bahan bakar dapat menghemat pemakaian bahan bakar antara 20-30% karna bahan bakar lebih mudah mengikat oksigen pada saat proses pembakaran. Di kalangan akademis sendiri timbul pertentangan diantara yang setuju dan tidak setuju dengan adanya efek magnetasi pada bahan bakar ini.
Penelitian yang pernah dilakukan di laboratorium energi, fakultas Maritim,
Kobe University, Jepang. Mesin diesel injeksi langsung (Direct engine) tipe NF-19sk (horizontal single cylinder 4 stroke diesel engine : YANMAR NF 19SK), penggunaan magnet pada motor diesel menunjukkan performa yang positip pada motor diesel yang diuji. Penggunaan magnet menunjukkan penurunan konsumsi bahan bakar sebesar 13
– 14% pada kondisi beban normal (Sudrajad, Agung, 2006).
Penelitian yang pernah dilakukan di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Mesin mobil Pajero Sport Dakar 4 x 4 dengan bahan bakar solar, magnet dipasang dengan jarak 2 cm dari injection pump
menunjukkan peningkatan performa pada mesin mobil Pajero Sport Dakar 4 x 4 dengan bahan bakar solar tersebut. Penggunaan magnet menunjukkan berkurangnya konsumsi bahan bakar mencapai 26 % (Pakpahan, marulitua, Binsar, 2014.).
Penelitian yang pernah dilakukan di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, pada mesin diesel stasioner satu silinder, penggunaan magnet dengan memvariasikan besar medan magnet menunjukkan bahwa semakin besar medan magnet maka semakin tinggi performansi yang dihasilkan, dimana dilakukan penelitian penggunaan magnet 1200 Gauss dan 2500 Gauss (Manullang, B.P, Kaprianto, 2015)
3 Penggunaan magnet 2500 Gauss lebih baik di banding magnet 1200 Gauss dimana terjadi penurunan konsumsi bahan bakar pada magnet 2500 gauss sebesar 7,57 % dan pada magnet 1200 Gauss sebesar 3,97 % (Sembiring, SepriaNanda, 2014).
Pada penelitian yang pernah dilakukan di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, pada mesin bensin berbahan bakar premium, penggunaan magnet 2100 Gauss dengan jarak yang divariasikan menunjukkan daya yang dihasilkan pada jarak 15 magnet 2100 Gauss lebih besar di bandingkan pada jarak 30 cm (Siahaan, M, Andro, 2014.).
Hal ini yang mendorong penulis untuk melakukan penelitian tentang pengaruh magnetasi pada saluran bahan bakar dengan melakukan variasi jarak medan magnet 10 cm, 20 cm dan 30 cm menggunakan mesin sepeda motor satu silinder bermerek Honda Supra X 125 Helm In yang dituangkan dalam tugas skripsi, untuk mengetahui efek dari jarak magnetasi 10 cm, 20 cm dan 30 cm pada saluran bahan bakar terhadap mesin sepeda motor Honda Supra X 125 Helm In satu silinder berbahan bakar premium.
1.2. Batasan Masalah
Pengujian ini dilakukan dengan batasan masalah sebagai berikut :
1. Bahan bakar yang digunakan dalam pengujian yaitu Premium. 2. Jarak magnetasi 10 cm, 20 cm dan 30 cm.
3. Pada putaran mesin 2000 rpm, 2500 rpm, 3000 rpm, 3500 rpm dan 4000 rpm. 4. Unjuk kerja mesin yang diteliti adalah:
Torsi (Torsion)
Daya (Brake Power)
Konsumsi bahan bakar sesifik (Spesific Fuel Consumption)
Efisiensi Thermal (Thermal Efficiency)
AFR (Air Fuel Ratio)
4 1.3. Tujuan Penelitian
1.3.1. Tujuan umum
Adapun tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk mengetahui efek dari magnetasi bahan bakar premium pada saluran bahan bakar terhadap performansi sepeda motor berbahan bakar premium. Dalam penelitian ini, sepeda motor yang digunakan bermerek Honda supra x 125.
1.3.2. Tujuan khusus
Tujuan khusus dari penelitian ini adalah:
1. Untuk mengetahui pengaruh magnet pada saluran bahan bakar terhadap Efisiensi thermal brake dan konsumsi bahan bakar spesifik yang dihasilkan mesin Honda Supra x 125 pada jarak 10 cm, 20 cm dan 30 cm.
2. Untuk mengetahui pengaruh magnet pada saluran bahan bakar terhadap torsi dan daya yang dihasilkan mesin Honda supra x 125 pada jarak 10 cm, 20 cm, dan 30 cm.
3. Untuk mengetahui pengaruh magnet pada saluran bahan bakar premium terhadap AFR (air fuel ratio) dan emisi gas buang yang dihasilkan mesin Honda supra x 125 pada jarak 10 cm, 20 cm dan 30 cm.
1.4. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah:
1. Memberi masukan untuk peningkatan efisiensi energi di Indonesia.
2. Memberikan masukan bagi produsen sepeda motor terutama pada produsen Honda sebagai sepeda motor yang digunakan pada penelitian ini.
3. Bagi peneliti, dapat menambah pengetahuan, terutama tentang magnetasi pada saluran bahan bakar.
5 1.5. Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut:
1. Studi literatur, berupa studi ke perpustakaan, kajian dari buku dan tulisan yang terkait.
2. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
3. Metode studi eksperimen, yaitu dengan mengambil data dari hasil pengujian yang dilakukan di Laboratorium Motor bakar, Fakultas teknik, Universitas Sumatera Utara, Laboratorium teknologi Mekanik, Fakultas teknik, Universitas Sumatera Utara dan Bengkel SEHAT.
4. Diskusi berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk oleh Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.
1.6. Sistematika Penulisan
Skripsi ini di bagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah sebagai berikut :
Bab I : Pendahuluan
Bab ini berisikan tentang latar belakang, tujuan, manfaat serta ruang lingkup pengujian.
Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan untuk menyusun skripsi. Yaitu tentang Magnetasi, mesin otto, persamaan yang digunakan serta emisi gas buang yang dihasilkan mesin otto.
Bab III : Metodologi Penelitian
6 Bab IV : Hasil Dan Analisa Pengujian
Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian melalui pembahasan dengan perhitungan dan analisa serta memaparkan dalam bentuk table dan grafik.
Bab V : Kesimpulan Dan Saran
Bab ini merupakan bagian penutup yang berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh dari pengujian yang dilakukan.
Daftar Pustaka
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun laporan.
Lampiran
7 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Motor Bakar
Menurut hakikatnya, mesin pada umumnya adalah suatu pesawat yang dapat merubah bentuk energi tertentu menjadi kerja mekanik. Misalnya, mesin listrik merupakan sebuah mesin yang kerja mekaniknya diperoleh dari sumber listrik, sedangkan mesin bensin merupakan mesin yang kerja mekaniknya diperoleh dari sumber pembakaran bensin.
Motor bakar adalah salah satu jenis dari mesin kalor, yaitu mesin yang mengubah energi termal untuk melakukan kerja mekanik atau mengubah tenaga kimia bahan bakar menjadi tenaga mekanis. Energi diperoleh dari proses pembakaran, proses pembakaran dan juga perubahan energi tersebut dilaksanakan di dalam mesin dan dilakukan di luar mesin (Wiranto Arismunandar, 1988).
Motor bakar torak mempergunakan beberapa silinder yang di dalamnya terdapat torak yang bekerja bolak-balik yang diakibatkan oleh proses pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dari udara di dalam silinder. Pembakaran yang dihasilkan tersebut dapat menggerakkan torak dengan gerakan translasi (bolak-balik) yang dibantu oleh batang penggerak yang dihubungkan dengan poros engkol.
Pada motor bakar torak tidak terdapat proses pemindahan kalor gas pembakaran fluida kerja, karena itu jumlah komponen motor bakar sangat sedikit, cukup sederhana, lebih kompak, dan lebih ringan dibanding dengan mesin pembakaran luar (mesin uap). Karena itu pula penggunaan motor bakar sangat banyak dan menguntungkan, penggunaan motor bakar dalam masyarakat antara lain adalah dalam bidang transportasi, produksi dan sebagainya (Wiranto Arismunandar, 1988).
2.2 Klasifikasi Motor Bakar
8 a. Berdasar Sistem Pembakarannya
Mesin pembakaran dalam atau sering disebut sebagai Internal Combustion Engine (ICE), yaitu di mana proses pembakaranya berlangsung di dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Contoh mesin pembakaran dalam adalah motor bakar.
Hal-hal yang dimiliki pada mesin pembakaran dalam yaitu : Pemakaian bahan bakar lebih irit.
Berat tiap satuan tenaga mekanis lebih kecil.
Kontruksi lebih sederhana, karena tidak memerlukan ketel uap, kondensor, dan sebagainya.
Mesin pembakaran luar atau sering disebut sebagai External Combustion Engine (ECE) yaitu dimana proses pembakaranya terjadi di luar mesin, energi termal dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin.
Hal-hal yang dimiliki pada mesin pembakaran luar yaitu : Dapat memakai semua jenis bahan bakar.
Dapat memakai bahan bakar yang bermutu rendah.
Cocok untuk melayani beban-beban besar dalam satu proses. Lebih cocok dipakai untuk daya tinggi.
Pada umumnya mesin pembakaran luar misalnya pesawat tenaga uap, pelaksanaan pembakaran bahan bakar dilakukan di luar mesin (Wiranto Arismunandar, 1988).
b. Berdasar Sistem Penyalaan
1. Motor bensin
9 2. Motor diesel
Motor diesel adalah motor bakar torak yang berbeda dengan motor bensin. Proses penyalaannya bukan menggunakan loncatan bunga api listrik. Pada waktu torak hampir mencapai titik mati atas (TMA), bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar. Terjadilah pembakaran pada ruang bakar pada saat udara dalam silinder sudah bertemperatur tinggi. Persyaratan ini dapat terpenuhi apabila perbandingan kompresi yang digunakan cukup tinggi, yaitu berkisar 12-25 (Astu Pudjanarsa Dan Djati Nursuhud, 2006).
2.3 Sistem Kerja Motor Bakar
Di dalam motor pembakaran empat langkah, piston melakukan empat langkah translasi dalam silinder untuk tiap dua putaran dari poros engkol. Pada saat katup masuk terbuka, maka piston melakukan langkah hisap untuk menarik campuran bahan bakar baru ke dalam silinder. Pada tipe mesin pengapian nyala, campuran baru yang masuk adalah campuran antara bahan bakar dan udara. Siklus otto standar udara merupakan siklus ideal yang mengasumsikan bahwa penambahan kalor terjadi seketika pada ttik mati atas (Michael, j, Moran, dan Howard N Shapiro, 2003).
Siklus otto dapat dilihat melalui gambar 2.1 dibawah ini :
Gambar 2.1 Diagram P – V siklus otto ideal
10 Proses yang terjadi pada siklus otto adalah sebagai berikut:
Proses 0-1 : langkah isap.
Proses 1-2 : kompresi isentropik.
Proses 2-3 : proses pembakaran volume konstan dianggap sebagai proses pemasukan kalor.
Proses 3-4 : proses isentropik udara panas dengan tekanan tinggi mendorong piston turun menuju titik mati bawah (TMB).
Proses 4-1 : proses pelepasan kalor pada volume konstan piston. Proses 1-0 : langkah buang pada tekanan konstan.
2.3.1 Motor bensin 4 langkah
Yang dimaksud dengan motor bakar 4 (empat) langkah adalah bila 1 (satu) kali proses pembakaran terjadi pada setiap 4 (empat) langkah gerakan piston atau 2 (dua) kali putaran poros engkol. Dengan anggapan bahwa katup masuk dan katup buang ruangan di atas piston terjadi pembesaran volume yang menyebabkan tekanan menjadi kurang. Tekanan kurang tersebut mengakibatkan terjadinya hisapan terhadap campuran udara bahan bakar dari karburator. Keadaan katup masuk terbuka dan katup buang tertutup.
b. Langkah kompresi :
11 c. Langkah kerja atau Ekspansi :
Akibat adanya pembakaran maka pada ruang bakar terjadi panas dan pemuaian yang tiba-tiba. Pemuaian tersebut mendorong piston untuk bergerak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB). Kedua katup masih dalam keadaan tertutup rapat sehingga seluruh tenaga panas mendorong piston untuk bergerak.
d. Langkah Buang :
Pada langkah buang ini, katup masuk tertutup sedangkan katup buang terbuka. Piston bergerak dari titik mati bawah (TMB) menuju titik mati atas (TMA) mendesak gas sisa pembakaran keluar melalui katup buang dan saluran buang (exhaust manifold) menuju atmosfer.
Langkah kerja motor bensin 4 langkah dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut.
Gambar 2.2 langkah kerja motor bensin 4 langkah (Sumber : Jhon B Heywod, 1988)
2.3.2 Performansi Motor Bakar
12 Untuk mengatasi hal ini, maka harus dipergunakan bahan bakar yang memiliki angka oktan tinggi. Angka oktan pada bahan bakar motor Otto menunjukkan kemampuan menghindari terbakarnya campuran udara bahan bakar sebelum waktunya (self ignition) yang menimbulkan knocking. Untuk memperbaiki kualitas campuran bahan bakar dengan udara maka aliran udara dibuat turbulen, sehingga diharapkan tingkat homogenitas campuran akan lebih baik.
Parameter mesin diukur untuk menentukan karakteristik pengoperasian pada motor bakar. Parameter dan performansi mesin dapat dilihat dari rumus- rumus dibawah ini (Williard W Pulkrabek, 1997 dan Jhon B Heywod, 1988).
1.Torsi
Torsi adalah perkalian antara gaya dengan jarak. Selama proses usaha maka tekanan-tekanan yang terjadi di dalam silinder motor menimbulkan suatu gaya yang luar biasa kuatnya pada torak. Gaya tersebut dipindahkan kepada pena engkol melalui batang torak dan mengakibatkan adanya momen putar atau torsi pada poros engkol.
Untuk mengetahui besarnya torsi digunakan alat dynamometer. Biasanya motor pembakaran ini dihubungkan dengan dynamometer dengan maksud mendapatkan keluaran dari motor pembakaran dengan cara menghubungkan poros motor pembakaran dengan poros dynamometer dengan menggunakan kopling elastik.
Pada percobaan ini, alat yang digunakan untuk mengukur torsi motor adalah dengan timbangan pegas. Dimana timbangan pegas ini diikat pada roda belakang sepeda motor yang akan diuji nantinya. Maka didapat torsi pada roda dari hasil pembacaan pada timbangan pegas dengan menggunakan rumus 2.1 dan 2.2 berikut.
13 r = Jari – jari roda (m)
Dengan rumus diatas akan didapat torsi pada roda, sedangkan torsi pada motor dapat dihitung dengan membagikan torsi pada roda terhadap perbandingan rasio (final rasio), adapun perbandingan rasio dapat diketahui dengan rumus 2.3 berikut.
Tmesin = ………(2.3)
2.Daya
Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan
dynamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena sifat
dynamometer yang bertindak seolah-olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering disebut sebagai daya rem (Brake Power), adapun daya dapat diketahui dengan rumus 2.4 berikut.
PB = ………..(2.4) Dimana :
PB = Daya keluaran (W)
n = Putaran mesin (Rpm)
T = Torsi (Nm)
3.Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (specific 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 konsumsi bahan bakar spesifik dapat diketahui dengan rumus 2.5 berikut.
14 Dimana : Sfc = Konsumsi bahan bakar spesifik (g/kWh)
mf = Laju aliran bahan bakar (kg/jam)
Besarnya laju aliran massa bahan bakar (mf) dapat diketahui dengan rumus 2.6 berikut.
mf = ………..(2.6)
Dimana : = specific gravity
V = volume bahan bakar yang di uji
tf = waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume diuji (detik)
4.Effisiensi Thermal Brake
Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston karena sejumlah energi yang hilang akibat adanya rugi-rugi mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. efisiensi ini sering disebut sebagai efisiensi thermal brake. Dapat dilihat pada rumus 2.7 berikut.
ηb = ……….…..(2.7)
Laju panas yang masuk (Q), dapat dihitung dengan rumus 2.8 berikut :
Q = . LHV………(2.8)
Dimana:
LHV = nilai kalor bawah bahan bakar (kj/kg)
Jika satuan keluaran (PB) dalam satuan kW, laju aliran bahan bakar mf dalam satuan
kj/jam maka dapat dihitung dengan persamaan 2.9 berikut.
ηb = ………(2.9)
15 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 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 nilai kalor bawah.
Nilai kalor atas (High Heating Value, HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan bom 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. Data yang diperoleh dari hasil pengujian bom kalorimeter adalah temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan. Selanjutnya untuk menghitung nilai kalor atas, dapat dihitung dengan persamaan 2.10 berikut.
HHV = (T2 – T1 – Tkp) x Cv……….………(2.10)
Dimana:
HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)
T1 = Temperatur air pendingin sebelum penyalaan (0C).
T2 = Temperatur air pendingin sesudah penyalaan (0C).
Cv = Panas jenis bom kalorimeter (73529.6 kJ/kg 0C).
Tkp = Kenaikan temperatur akibat kawat penyala (0.05 0C).
Sedangkan nilai kalo bawah (Low heating value, LHV) di hitung dengan persamaan 2.11 berikut.
LHV = HHV - 3240……….………...…(2.11)
16 dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya.
Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada didalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg.
Pada perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive Engineers)
menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV).
2.5 Rasio Udara Bahan Bakar (AFR)
Energi yang masuk kedalam sebuah mesin (Qin) berasal dari pembakaran bahan bakar hidrokarbon. Udara digunakan untuk menyuplai oksigen yang dibutuhkan untuk mendapatkan reaksi kimia didalam ruang bakar. Agar terjadinya reaksi pembakaran, jumlah oksigen dan bahan bakar harus tepat. yang dirumuskan pada 2.12 dan 2.13 sebagai berikut.
AFR =……….(2.12)
ma =. ………...…..(2.13)
Dimana :
�� = massa udara di dalam silinder per siklus (Kg/cyl-cycle) �� = massa bahan bakar di dalam silinder per siklus (Kg/cyl-cyle) ṁ� = laju aliran udara didalam mesin (Kg/jam)
17 �� = temperatur udara masuk silinder (0K)
� = konstanta udara
� = volume langkah (displacement) ( m3) � = volume sisa (m3)
2.6 Bahan bakar bensin.
Bensin adalah senyawa organik yang dibutuhkan dalam suatu pembakaran dengan tujuan untuk mendapatkan energi atau tenaga. Bensin merupakan campuran komplek senyawa-senyawa hidrokarbon yang memiliki titik didih sekitar 40˚C sampai
180˚C. Bensin merupakan hasil destilasi minyak bumi (Crude Oil) dan merupakan senyawa hidrokarbon jenuh. Bensin termasuk dalam pengelompokan senyawa hidrokarbon parafin atau termasuk pengelompokan gugus Alkana, dengan rumus
empiris .
Jenis bensin yang diproduksi dan dipasarkan oleh pertamina dengan nama premium saat ini memiliki angka oktan 88 dengan kandungan timbal 3 gram/liter dan kadar belerang maksimum 2% bobot. Disamping premium disediakan pula bensin yang beroktan tinggi namun tidak memiliki kandungan timbal, yaitu pertamax dengan angka oktan 92. Pertamax adalah produk pertamina baru yang penyempurnaan dari premix 94. Keunggulan pertamax adalah sangat ramah terhadap lingkungan, dimana tidak mengandung timbal (pb), namun angka oktanya lebih kecil dari premix.
18 abel 2.1 Spesifikasi premium
No Sifat Batasan
1 Angka oktan riset 88
2 Kandungan pb (gr/lt) 0,03
3 DESTILASI
-10% VOL.penguapan (˚C) 74
-50% VOL.penguapan (˚C) 88 125
-90% VOL.penguapan (˚C) 180
-Titik didih akhir (˚C) 205
-Residu (%vol) 2
4 Tekanan Uap Reid pada 37,8 ˚C (psi) 9,0
5 Getah purawa (mg/100ml) 4
6 Periode induksi (menit) 240
7 Kandungan Belerang (% massa) 0,02
8 Korosi bilah tembaga (3jam/50˚C) No.1
9 Uji doktor atau alternatif belerang mercapatan (% masa) 0,00
1 Warna Kuning
19 2.7 Magnet
2.7.1 Asal Kemagnetan
Magnet adalah suatu benda yang dapat menarik benda-benda yang terbuat dari besi, baja, dan logam-logam tertentu. Magnet yang pertama kali ditemukan berupa batuan. Batu magnet ini ditemukan di Magnesia (Asia kecil) dekat Yunani. Benda-benda di sekitar kita dikelompokkan menjadi tiga golongan yaitu ferromagnetik,
paramagnetik, dan diamagnetik.
Ferromagnetik adalah benda-benda yang dapat ditarik dengan kuat oleh magnet, misalnya besi, baja, nikel, dan kobalt. Paramagnetik adalah benda-benda yang ditarik lemah oleh magnet, misalnya platina dan alumunium. Sedangkan diamanetik adalah benda-benda yang tidak ditarik oleh magnet, misalnya seng dan bismut.
Sifat kemagnetan makroskopik material adalah konsekuensi momen magnet material penyusun, karena adanya pergerakan partikel listrik. Pada skala atom, momen magnet berasal dari pergerakan elektron, ini dipengaruhi oleh konfigurasi elektron yang berbeda tiap atom atau ikatan antara atom.
2.7.2 Teori Kemagnetan Bumi
Jarum kompas selalu menunjuk arah utara dan selatan disebabkan karena tertarik oleh kutub selatan dan kutub utara magnet bumi. Kutub utara jarum kompas tertarik oleh kutub selatan magnet Bumi yang berada disekitar kutub utara Bumi. Sedangkan kutub selatan jarum kompas tertarik oleh kutub utara magnet Bumi yang terdapat di sekitar kutub selatan Bumi.
Kutub utara dan kutub selatan magnet Bumi tidak berimpit dengan kutub utara dan kutub selatan Bumi. Hal ini menyebabkan kutub utara dan kutub selatan magnet jarum kompas tidak menunjukkan arah utara dan selatan geografis, sehingga membentuk sebuah sudut yang disebut sudut deklinasi (D). Sudut deklinasi adalah sudut yang dibentuk oleh kutub utara-selatan jarum kompas terhadap arah utara dan selatan geografis.
20 akan condong ke atas atau ke bawah. Ketika dibawa mendekati kutub utara Bumi, kutub utara jarum kompas condong ke bawah karena tertarik oleh kutub selatan magnet Bumi. Sedangkan ketika dibawa mendekati kutub selatan Bumi, kutub selatan jarum kompas akan condong ke bawah karena tertarik oleh kutub utara magnet Bumi. Kemiringan jarum kompas tersebut membentuk sudut inklinasi. Sudut Inklinasi adalah sudut yang dibentuk oleh jarum kompas terhadap permukaan Bumi.
2.7.3 Medan Magnet
Besi dapat tertarik oleh magnet karena adanya gaya magnetik. Gaya tarik magnet terhadap besi ini semakin jauh semakin kecil, dan pada suatu saat nol. Selama besi masih dapat tertarik oleh magnet berarti besi tersebut masih berada dalam medan magnetik. Medan magnetik adalah daerah di sekitar magnet di mana benda dipengaruhi oleh gaya magnetik.
2.7.4.Medan Magnet di Sekitar Arus Listrik
Kumparan kawat berinti besi yang dialiri listrik dapat menarik besi dan baja. Hal ini menunjukkan bahwa kumparan kawat berarus listrik dapat menghasilkan medan magnetik. Medan magnetik juga dapat ditimbulkan oleh kawat penghantar lurus yang dialiri listrik. Hal pertama diselidiki oleh Hans Christian Oersted (1777-1851).
21 Arah arus listrik yang mengalir pada kumparan,ujung kumparan yang pertama kali mendapat arus listrik dijadikan pedoman untuk menentukan letak kutub-kutub magnet. Caranya, genggamlah ujung kumparan yang pertama kali teraliri arus listrik dengan posisi jari tangan kanan sesuai dengan letak kawat pada inti besi. Apabila kawat itu berada di depan inti besi, letakkan telapak tangan menghadap ke depan, kemudian genggamlah kumparan berinti besi tersebut.
Letak kutub utara magnet ditunjukkan oleh arah ibu jari, sedangkan arah sebaliknya menunjukkan kutub selatan. Jika kawat penghantar yang pertama kali teraliri arus listrik berada di belakang inti besi, maka hadapkan telapak tanganmu ke belakang, kemudian genggamlah kumparan kawat itu. Dengan cara yang sama kamu dapat menentukan letak kutub utara dan kutub selatan magnet.
2.7.5 Elektromagnet
Elektromagnet adalah magnet yang terjadi karena aliran listrik pada kumparan berinti besi. Elektromagnet ini memiliki beberapa kelebihan dibanding magnet permanen. Kelebihan-kelebihan tersebut antara lain:
Sifat kemagnetannya dapat diperbesar dengan cara memperbanyak jumlah lilitan atau memperbesar arus listrik.
Sifat kemagnetannya dapat dihilangkan dengan cara memutus arus listrik, dan dapat ditimbulkan kembali dengan cara meyambung arus listrik.
Kutub-kutub magnetnya dapat ditukar dengan cara mengubah arah arus listrik. Peralatan sehari-hari yang berprinsip pada elektromagnet antara lain: telepon,
bel listrik, alat ukur listrik, dan alat pengangkat besi.
2.8 Efek Magnetasi Pada Bahan Bakar Premium
2.8.1 Reaktifitas Molekul
22 Jika atom diletakkan dalam magnet yang seragam, elektron yang mengelilingi inti menjadi berputar. Perputaran ini menyebabkan medan magnet sekunder yang arahnya berlawanan dengan arah medan magnet yang diberikan. Dibeberapa unit struktur molekul, elektron banyak terkalorisasi di beberapa bagian. Medan magnet yang diberikan menyebabkan perputaran di lain bidang dengan beragam.
Pada bahan bakar Premium, ketika premium masih berada di tanki bahan bakar, molekul hidrokarbon yang merupakan penyusun utama bensin cenderung untuk saling tertarik satu sama lain, membentuk molekul-molekul yang bergerombol (clustering). Pengelompokan ini akan terus berlangsung, sehingga menyebabkan molekul-molekul hidrokarbon tidak saling terpisah atau tidak terdapat cukup waktu untuk saling berpisah pada saat bereaksi dengan oksigen didalam ruang bakar. Akibat buruk yang ditimbulkan adalah ketidak sempurnaan pembakaran yang dapat dibuktikan secara sederhana dengan ditemuinya kandungan HC pada gas buang.
Adanya suatu medan magnet permanen yang cukup kuat pada molekul hidrokarbon yang bersifat diamagnetik akan menyebabkan reaksi penolakan antar molekul hidrokarbon sehingga terbentuk jarak yang optimal antar molekul hidrokarbon. Hal tersebut akan meningkatkan interaksi antar molekul hidrokarbon dengan oksigen. Partikel-partikel atom yang membentuk molekul hidrokarbon tersebut akan terpengaruh oleh medan magnet sehingga arahnya akan semakin sejajar atau terorientasi sesuai arah medan magnet.
2.8.2 Prinsip Kerja Magnet Pada Saluran Bahan Bakar.
23 Gambar 2.3 Pengaruh magnet terhadap bahan bakar
( Sumber : Agung Sudrajad, 2006 )
Hal ini disebabkan ukuran struktur molekul bahan bakar akan berubah menjadi ikatan yang lebih kecil akibat magnetasi. Ukuran molekul yang lebih kecil ini secara langsung akan berakibat pada semakin mudahnya proses pembakaran dalam ruang bakar. Dengan kata lain proses magnetasi pada bahan bakar akan membuat pembakaran lebih sempurna.
Pada saat bahan bakar melalui saluran bahan bakar, kekuatan magnetasi didalam magnet yang ditempel di saluran bahan bakar menyebabkan terpecahnya ikatan karbon dalam bahan bakar menjadi bagian-bagian kecil atau ikatan ion. Ion positif akan tertarik oleh kutub negatif magnet, sedangkan ion negatif akan tertarik oleh kutub positif magnet sehingga ion-ion positif dan ion negatif akan mengalir secara teratur setelah melewati medan magnet. Ikatan kecil dan beraturan inilah yang menyebabkan mudahnya oksigen bereaksi dengan bahan bakar pada proses pembakaran. Efeknya bahan bakar akan lebih mudah terbakar didalam ruang bakar atau terjadinya pembakaran sempurna.
2.9 Emisi Gas Buang
24 2.9.1 Sumber
Polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder. Polutan primer seperti nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) langsung dibuangkan ke udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan. Polutan sekunder seperti ozon (O3) dan peroksiasetil nitrat (PAN) adalah polutan yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi.
2.9.2 Komposisi Kimia
Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik mengandung karbon dan hidrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen, nitrogen, sulfur atau fosfor, contohnya : hidrokarbon, keton, alkohol, ester dan lain-lain. Polutan inorganik seperti : karbon monoksida (CO), karbonat, nitrogen oksida, ozon dan lainnya.
2.9.3. Bahan Penyusun
Polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi padatan dan cairan seperti : debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat bertahan di atmosfer. Sedangkan polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer dan bercampur dengan udara bebas.
a.) Partikulat
Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan membentuk asap. Fasa padatan tersebut berasal dari pembakaran tak sempurna bahan bakar dengan udara, sehingga terjadi tingkat ketebalan asap yang tinggi.
25 Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang bertemperatur tinggi, tetapi penguapan dan pencampuran bahan bakar dengan udara yang ada di dalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna, terutama pada saat–saat dimana terlalu banyak bahan bakar disemprotkan yaitu pada waktu daya motor akan diperbesar, misalnya untuk akselerasi, maka terjadinya angus itu tidak dapat dihindarkan. Jika angus yang terjadi itu terlalu banyak, maka gas buang yang keluar dari gas buang motor akan bewarna hitam.
b.) Hidrocarbon (HC)
Hidrokarbon yang tidak terbakar dapat terbentuk tidak hanya karena campuran udara bahan bakar yang gemuk, tetapi bisa saja pada campuran kurus bila suhu pembakarannya rendah dan lambat serta bagian dari dinding ruang pembakarannya yang dingin dan agak besar. Motor memancarkan banyak hidrokarbon kalau baru saja dihidupkan atau berputar bebas (idle) atau waktu pemanasan.
Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pemancaran hidrokarbon. Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan bakar, di tangki bahan bakar dan dari kebocoran gas yang melalui celah antara silinder dari torak masuk kedalam poros engkol, yang disebut dengan blow by gasses (gas lalu). Pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga menghasilkan gas buang yang mengandung hidrokarbon. Hal ini pada motor diesel terutama disebabkan oleh campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas mampu bakar.
c.) Karbon Monoksida (CO)
26 Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bahan bakar (kira–kira 85% dari berat dan sisanya hidrogen) terbakar tidak sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran udara bahan bakar lebih gemuk dari pada campuran stoikiometris. Karbon monoksida tidak dapat dihilangkan jika campuran udara bahan bakar gemuk. Bila campuran kurus karbon monoksida tidak terbentuk.
d.) Oksigen (O2)
Oksigen (O2) sangat berperan dalam proses pembakaran, dimana oksigen tersebut akan diinjeksikan ke ruang bakar. Dengan tekanan yang sesuai akan mengakibatkan terjadinya pembakaran bahan bakar. Nitrogen monoksida (NO) merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau sebaliknya nitrogen dioksida (NO2) berwarna coklat kemerahan dan berbau tajam. NO merupakan gas yang berbahaya karena mengganggu saraf pusat. NO terjadi karena adanya reaksi antara N2 dan O2 pada temperatur tinggi di atas 1210 0C. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut.
O2 → 2O
N2 + O → NO + N
27 BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu
Pengujian ini dilakukan dibeberapa tempat sebagai berikut :
1. Pengujian Torsi dan konsumsi bahan bakar dilaksanakan di Laboratorium
Teknologi Mekanik, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara selama 30 hari.
2. Pengujian nilai kalor bahan bakar di Laboratorium Motor bakar, Departemen
Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara selama 1 hari.
3. Pengujian Emisi gas buang dan AFR di bengkel SEHAT, jalan Gaharu Medan
selama 10 hari.
3.2. Bahan dan Peralatan 3.2.1. Alat
Alat yang dipakai dalam penelitian ini terdiri dari :
1. Mesin yang digunakan yaitu mesin otto 4 langkah, dimana mesin yang
digunakan adalah mesin Sepeda motor 4 langkah merek Honda Supra X 125
Helm In, dapat dilihat pada gambar 3.1 berikut.
28 Spesifikasi :
Kapasitas tangki bahan bakar : 5,6 liter.
Tipe Mesin : 4 langkah, SOHC, pendingin udara.
Diameter langkah : 52,4 x 57,9.
Volume langkah : 124,8 cc.
Perbandingan kompresi : 9,3 : 1.
Daya maksimum : 9,6 PS.
Torsi maksimum : 10,1 Nm.
Kapasitas Minyak Pelumas : 0,7 liter pada pergantian periodik.
Kopling : Otomatis, sentrifugal tipe basah.
Transmisi : 4 kecepatan rotari / bertautan tetap.
Pola pengoperan gigi : N-1-2-3-4-N (rotari).
Starter : Pedal dan elektrik.
Aki : 12 V – 3,5 Ah.
Busi : ND U20EPR9 / NGK CPR6EA-9.
Sistem pengapian : VK22x1.
2. Magnet untuk memagnetasi bahan bakar, magnet yang digunakan dapat dilihat
pada gambar 3.2 berikut.
29 Spesifikasi:
Merek : Evindo.
Produksi : Indonesia .
Model : Clip-on.
Kekuatan Gauss : 2500 Gauss dengan jarak antar kutub 0,75 cm.
3. Tachometer digunakan untuk mengukur jumlah putaran per menit yang terjadi
pada mesin. Tachometer yang digunakan dapat dilihat pada gambar 3.3 berikut.
Gambar 3.3 Tachometer
Spesifikasi :
Merk : TDH.
Daya : 12 V.
Batas Ukur : 0-9990 rpm dengan ketelitian 1 %.
Bahan : stainless steel.
4. Tools seperti kunci pas, ring, kunci ingris, obeng, tang dan lain sebagainya
merupakan alat bantu pada saat pemasangan komponen yang dibutuhkan. Tools
30 Gambar 3.4 Tools
5. Stop watch untuk mengukur berapa lama waktu konsumsi bahan bakar yang
terjadi pada saat pengujian berlangsung. Stop watch yang digunakan dapat
dilihat pada gambar 3.5 berikut.
Gambar 3.5 Stop watch
6. Gelas ukur, untuk mengukur volume pemakaian bahan bakar. Gelas ukur yang
digunakan dapat dilihat pada gambar 3.6 berikut.
31 7. Timbangan Digital, untuk mengukur massa daripada bahan bakar yang
digunakan. Timbangan digital yang digunakan dapat dilihat pada gambar 3.7
berikut.
Gambar 3.7 Timbangan Digital
8. Timbangan pegas, sebagai alat uji untuk uji performansi mendapatkan beban
tarik dari sepeda motor. Timbangan pegas yang digunakan dapat dilihat pada
gambar 3.8 berikut.
Gambar 3.8 Timbangan Pegas
9. Selang bahan bakar, untuk mengalirkan bahan bakar dari tabung bahan bakar.
Selang bahan bakar yang digunakan dapat dilihat pada gambar 3.9 brikut.
32 10.Pengatur bukaan terottle, untuk mengatur bukaan terottle agar putaran mesin
stabil demi ketelitian pengujian. Pengatur bukaan terottle dapat dilihat pada
gambar 3.10 berikut.
Gambar 3.10 Pengatur bukaan Trottle
11.Alat pengukur konsumsi bahan bakar, untuk mengukur volume bahan bakar
yang digunakan per satuan waktu. Alat konsumsi bahan bakar dapat dilihat
pada gambar 3.11 berikut.
Gambar 3.11 Pengukur konsumsi bahan bakar
3.2.2. Bahan Bakar Premium
33 Gambar 3.12 Premium
Spesifikasi umunya sebagai berikut : Warna kuning
Kandungan timbal (0,013 gr/l – 0,3 gr/l)
Berat jenis pada suhu 15°C ( 715 kg/m3– 780 kg/m3) Nilai kalor (44400 kj/kg)
Harga Rp 7300/liter
3.3 Metode Pengumpulan Data
Data yang diperlukan dalam pengujian ini meliputi:
1. Data Primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan instrumen dan alat ukur pada masing-masing pengujian.
2. Data sekunder, merupakan data yang diperoleh dari hasil penelitian karakteristik bahan bakar premium dan spesifikasi sepeda motor yang digunakan dari berbagai sumber yang ada.
3.4 Metode Pengolahan Data
Data yang diperoleh dari data primer dan data sekunder diolah ke dalam rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabel dan grafik.
34 1. Torsi motor (T).
2. Daya Motor (N).
3. Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc). 4. Efisiensi thermal brake.
5. Rasio Udara Bahan Bakar (AFR). 6. Emisi Gas Buang.
Prosedur pengujian dapat dibagi beberapa tahap, yaitu:
1. Pengujian motor bensin dengan bahan bakar premium tanpa magnetasi. 2. Pengujian motor bensin dengan bahan bakar premium dengan magnetasi.
Adapun diagram alir penelitian dapat dilihat pada gambar 3.13 berikut.
Mulai
Survei Lapangan dan studi literatur
Pengadaan Alat dan bahan bakar
Pemasangan alat dan pengecekan sepeda motor
Pengujian Performansi dan Gas buang Sepeda motor
Variasi Putaran Mesin (rpm) Variasi jarak medan magnet 2000, 2500, 3000, 3500,4000 10 cm, 20 cm, 30 cm
Torsi Daya Sfc Efisiensi Termal AFR Emisi Gas Buang
Kesimpulan Selesai
35 3.6 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar
Alat yang digunakan dalam pengukuran nilai kalor bahan bakar ini
adalah alat uji “Bom Kalorimeter”.
Peralatan yang digunakan meliputi :
1. Kalorimeter, sebagai tempat air pendingin dan tabung bom.
2. Tabung bom, sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang diuji.
3. Tabung oksigen.
4. Alat ukur tekanan gas oksigen, untuk mengukur jumlah oksigen yang
dimasukkan kedalam tabung bom.
5. Thermometer, dengan akurasi pembacaan skala 0,01°C
6. Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin.
7. Spit, untuk menetukan jumlah volume bahan bakar.
8. Pengatur penyalaan (saklar), untuk menghubungkan arus listrik ke tangkai
penyala pada tabung bom.
9. Cawan, untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom.
10.Pinset untuk memasang busur nyala pada tangkai, dan cawan pada
dudukannya.
Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Mengisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diuji.
2. Menggulung dan memasang kawat penyala pada tangkai penyala yang ada
pada penutup bom.
3. Menempatkan cawan yang berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala,
36 4. Meletakkan tutup bom yang telah dipasangi kawat penyala dan cawan berisi
bahan bakar pada tabungnya serta dikunci dengan ring “ O” sampai rapat.
5. Mengisi bom dengan oksigen (30 bar).
6. Mengisi tabung kalorimeter dengan air pendingin sebanyak 1250 ml.
7. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam tabung kalorimeter.
8. Menghubungkan tangkai penyala penutup bom ke kabel sumber arus listrik.
9. Menutup kalorimeter dengan penutupnya yang telah dilengkapi dengan
pengaduk.
10.Menghubungkan dan mengatur posisi pengaduk pada elektromotor.
11.Menempatkan termometer melalui lubang pada penutup kalorimeter.
12.Menghidupkan elektromotor selama 5 (lima) menit kemudian membaca dan
mencatat temperatur air pendingin pada termometer.
13.Menyalakan kawat penyala dengan menekan saklar.
14.Memastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan memperhatikan
lampu indikator selama elektromotor terus bekerja.
15.Membaca dan mancatat kembali temperatur air pendingin setelah 5 (lima)
menit dari penyalaan berlangsung.
16.Mamatikan elektromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk
pengujian berikutnya.
17.Mengulang pengujian sebanyak 5 (lima) kali berturut-turut.
3.7 Prosedur pengujian performansi mesin otto
Adapun prosedur pengujian performansi motor dijelaskan sebagai
37 A. Pengujian tanpa Magnetasi bahan bakar dilakukan dengan langkah-langkah
sebagai berikut :
1. Pemeriksaan kondisi sepeda motor secara umum dan pemeriksaan
sambungan selang bahan bakar pada gelas ukur.
2. Mengikat sepeda motor pada tiang tahanan.
3. Memasukkan bahan bakar ke dalam gelas ukur.
4.Memastikan angka pada timbangan sudah tepat berada pada angka 0 dan
mengikat salah satu ujungnya pada roda belakang dan ujung yang lainnya
pada tiang penahan.
5. Memeriksa tacometer apakah berfungsi dengan baik menunjukkan putaran
mesin.
6. Memposisikan transmisi pada posisi gigi 2. Dalam hal ini percobaan
dilakukan menggunakan gigi 2 dengan pertimbangan agar hasil pengujian
masih dalam skala alat uji yang digunakan.
7. Start mesin dengan starter.
8. Mencatat hasil pengujian pada timbangan.
9. Mengatur putaran mesin ditentukan dengan menggunakan tuas kecepatan
dan memastikan putaran mesin tetap konstan dengan cara melihat putaran
mesin pada tachometer digital.
10. Dilakukan 5 kali pengujian untuk setiap putaran mesin.
11. Mengulang pengujian menggunakan variasi putaran yaitu : RPM
2000,2500,3000,3500,dan 4000.
B. Pengujian dengan Magnetasi bahan bakar dilakukan dengan langkah-langkah
38 1. Pemeriksaan kondisi motor secara umum dan pemeriksaan selang bahan
bakar dan memasang magnet dengan memvariasikan jarak magnetasi pada
selang bahan bakar dengan jarak variasi 10 cm,20 cm dan 30 cm.
2. Mengikat sepeda motor pada tiang tahanan.
3. Memasukkan bahan bakar pada gelas ukur dan memastikan selang bahan
bakar tidak ada gelembung udara yang terperangkap didalamnya.
4. Memposisikan transmisi pada posisi gigi 2. Dalam hal ini percobaan
dilakukan menggunakan gigi 2 dengan pertimbangan agar hasil pengujian
masih dalam skala alat uji yang digunakan.
5. Starat mesin dengan starter.
6. Mencatat hasil pengujian pada timbangan.
7. Mengatur putaran mesin pada putaran yang telah ditentukan dengan
menggunakan tuas kecepatan dan memastikan putaran mesin tetap konstan
dengan cara melihat putaran mesin pada tachometer digital.
8. Dilakukan 5 kali pengujian untuk setiap putaran mesin.
9. Mengulang pengujian menggunakan variasi jarak magnetasi yaitu 10 cm, 20
cm dan 30 cm dengan putaran mesin yaitu : 2000 rpm, 2500 rpm, 3000
rpm, 3500 rpm, dan 4000 rpm.
C. Prosedur Pengujian Konsumsi Bahan Bakar dilakukan dengan
langkah-langkah sebagai berikut :
Sebelum pengujian dilakukan, terlebih dahulu memasang alat yang akan
digunakan, diantaranya :
1. Memasang tabung ukur dengan selang bahan bakar dan di klem agar tidak
39 2. Memasang selang bahan bakar dengan saluran masuk pada karburator
sepeda motor.
3. Mengisi bahan bakar ke dalam tabung ukur dan menghilangkan gelembung udara dalam selang bahan bakar.
4. Memperhatikan tanda pada tabung ukur, sebagai acuan memulai perhitungan waktu dengan stopwatch dan pengukuran konsumsi bahan bakar.
Adapun Prosedur pengujian dilakukan dengan tahapan berikut :
Pengujian tanpa Magnetasi bahan bakar dengan tahapan berikut :
1. Mengisi bahan bakar kedalam tabung ukur pada tanda yang sudah ada.
2. Menghidupkan motor dengan starter.
3. Menarik tuas kecepatan dan memperhatikan putaran mesin pada
tachometer dengan variasi putaran 2000,2500,3000,3500 dan 4000 Rpm.
4. Memulai stopwatch pada saat bahan bakar telah melalui tanda yang ada
pada tabung ukur .
5. Mematikan stopwatch ketika bahan bakar sudah berada pada tanda yang
ditentukan.
6. Mencatat hasil pengujian dan mengulang dengan putaran mesin yang telah
ditentukan yaitu 2000, 2500, 3000, 3500 dan 4000 Rpm.
Pengujian dengan Magnetasi bahan bakar dilakukan dengan tahapan berikut:
1. Mengisi bahan bakar kedalam tabung ukur pada tanda yang sudah ada dan
memasang Magnet pada selang bahan bakar dengan variasi jarak 10 cm,20
cm dan 30 cm.
2. Menghidupkan motor dengan starter.
3. Menarik tuas kecepatan dan memperhatikan putaran mesin pada
40 4. Memulai stopwatch pada saat bahan bakar telah melalui tanda yang ada
pada tabung ukur .
5. Mematikan stopwatch ketika bahan bakar sudah berada pada tanda yang
ditentukan.
6. Mencatat hasil pengujian dan mengulang dengan putaran mesin yang telah
ditentukan yaitu 2000, 2500, 3000, 3500 dan 4000 Rpm.
7. Mengulang Percobaan 1-6 untuk setiap variasi jarak Magnetasi pada
saluran bahan bakar.
Untuk lebih ringkasnya prosedur pengujian performansi yang dilakukan dapat dilihat
41 Mulai
Cek kondisi sepeda motor
Memasang alat ukur : Tachometer Timbangan Pegas
Gelas pengukur bahan bakar
Pengujian :
Tarik pada timbangan Konsumsi bahan bakar Putaran Mesin:
2000rpm 2500rpm
3000 rpm Mencatat nilai massa tertarik pada timbangan 3500 rpm Mencata Waktu konsumsi bahan bakar 10 ml 4000 rpm
Memasang magnet pada saluran bahan bakar jarak 10 cm
Jarak 20 cm Jarak 30 cm
Menganalisa data hasil pengujian
Kesimpulan
selesai
42 3.8 Prosedur Pengujian AFR dan Emisi Gas Buang
Pengujian AFR dan emisi gas buang yang dilakukan dalam penelitian
ini menggunakan alat gas analyzer.
Prosedur pengujian AFR dan emisi gas buang dilakukan dengan
langkah berikut :
A. Pengujian tanpa magnetasi bahan bakar dilakukan dengan tahapan sebagai
berikut :
1. Memasang semua peralatan pengujian pada sepeda motor seperti gelas
ukur, tacometer dan mengisi bahan bakar pada gelas ukur.
2. Menghubungkan kabel utama gas analyzer ke sumber listrik.
3. Menekan tombol ON pada bagian belakang alat uji gas analyzer untuk
menghidupkan alat.
4. Tunggu beberapa saat hingga tampilan “auto zero” pada layar untuk
mengkalibrasi alat dan layar menunjukkan “ready” yang berarti alat sudah
siap digunakan.
5. Starting motor dan menetukan putara mesin yang akan di uji yaitu 2000
rpm, 2500 rpm, 3000 rpm, 3500 rpm dan 4000 rpm dengan bukaan gas dan
melihatnya pada tacometer.
6. Memasukkan Probe ke dalam knalpot dan tunggu hingga data yang
ditampilkan di layar gas analyzer stabil.
7. Memprint hasil pengujian.
