KAJIAN TENTANG PERBANDINGAN PREMIUM – ETANOL DENGAN PERTAMAX PLUS PADA MOTOR 4 LANGKAH 225 cc

(1)

MOTOR 4 LANGKAH 225 cc

Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat Strata S-1 Pada Prodi Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Disusun oleh :

Ganang Puguh Satria

20140130162

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

YOGYAKARTA

(2)

MOTOR 4 LANGKAH 225 cc

Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk Mencapai Derajat

Strata S-1 Pada Prodi Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Disusun oleh :

Ganang

Puguh

Satria

20140130162

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

YOGYAKARTA

2017

(3)

 “ Kepal Tangan tundukan kepala, dalam hati Bismillah Rahman ir-Rahim aku bias aku berjuang ”

(4)

PERTAMAX PLUS PADA MOTOR EMPAT LANGKAH 225 cc“ ini dapat saya

selesaikan. Laporan tugas akhir ini dibuat guna memenuhi salah satu persyaratan

untuk mencapai program Strata-1 (S1) pada jurusan Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta (UMY).

Dalam Tugas Akhir ini penyusun dibantu oleh banyak pihak oleh karena itu melalui kesempatan ini penyusun menyampaikan ucapan terima kasih kepada :

1. _{Allah SWT atas segala Rahmat dan Hidayah-Nya, serta Nabi Muhammad}

SAW yang selalu jadi panutan terbaik baik penyusun.

2. _{Kepada kedua orang tua dan keluarga besarku tercinta yang senatiasa}

mendoakan dan memberikan motivasi serta kasih sayang sehingga Tugas

Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.

3. _{Bapak Novi Caroko, S.T. ,M.T. Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin}

Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

4. _{Bapak Teddy Nurcahyadi, S.T., M.T. Selaku Dosen Pembimbing I yang}

telah membantu membimbing selama Tugas Akhir berjalan.

5. _{Bapak Wahyudi, S.T., M.T. Selaku Dosen Pembimbing II yang telah}

membantu membimbing selama Tugas Akhir berjalan.

6. _{Ibu Harini Sosiati, S.T., M.Eng. Selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang}

telah memberikan semua masukan baik kritik maupun saran.

7. _{Kepada kedua orang tua dan keluarga besar tercinta yang senatiasa}

mendoakan dan memberikan motivasi serta kasih sayang sehingga Tugas

Akhir ini dapat terselesaikan.

8. _{Kepada seluruh teman-teman yang tidak bisa disebutkan satu persatu}

(5)

khususnya dan semua pihak pada umumnya.

Yogyakarta, 10 January 2017

Penyusun

GANANG PUGUH SATRIA

(6)

HALAMAN MOTTO... iii

KATA PENGANTAR... iv

DAFTAR ISI... vi

DAFTAR GAMBAR... x

DAFTAR TABEL... xi

DAFTAR GRAFIK... xiii

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG... xiv

DAFTAR LAMPIRAN... xv

ABSTRAK... xvi

BAB I PENDAHULUAN 1.1. _{Latar Belakang...} ₁

1.2. _{Rumusan Masalah...} ₃

1.3. _{Batasan Masalah...} ₃

1.4. _{Tujuan Penelitian...} ₄

1.5. _{Manfaat Penelitian...} ₄

BAB II TINJAUAN UMUM PERUSAHAAN 2.1. _{Tinjuan Pustaka...} ₅

2.2. _{Landasan Teori...} ₇

2.2.1. _{Motor Bakar...} ₇

2.2.2. _{Sistem Kerja Motor Bakar...} ₈

2.3. _{Prinsip Kerja Motor Bakar ...} ₈

2.3.1 _{Motor Pembakaran Luar (ECE)...} ₈

2.3.2 _{Motor Pembakaran Dalam (ICE)...} ₈

2.3.3 _{Prinsip Langkah Kerja Motor Bensin 2 Langkah...} ₉

(7)

2.4.4. _{Cincin Torak...} ₁₅

2.4.5. _{Pena Torak...} ₁₆

2.4.6. _{Batang Penggerak...} ₁₆

2.4.7. _{Poros Engkol...} ₁₇

2.4.8. _{Roda Gaya Atau Roda Penerus...} ₁₇

2.4.9. _{Bak Mesin...} ₁₇

2.5. _{Reaksi Kimia Pada Proses Pembakaran...} ₁₇

2.6. _{Pembakaran Pada Motor Bensin...} ₁₈

2.7. _{Bahan Bakar...} ₁₉

2.7.1. _{Cara Menentukan Angka Oktan Bahan Bakar...} ₂₀

2.7.2. _{Hubungan Antara Angka Oktan Bahan Bakar...} ₂₀

2.7.3. _{Pengaruh Bahan Bakar Terhadap Tekanan} Masuk dan Perbandingan Kompresi... 21

2.8. _{Jenis Bahan Bakar...} ₂₁

2.8.1. _Premium... ₂₁

2.8.2. _{Pertamax Plus...} ₂₃

2.8.3. _Ethanol... ₂₄

2.8.4. _{Bahan Bakar Alternatif...} ₂₇

2.9. _{Pengaruh Kerja Mesin Bensin...} ₂₈

2.9.1. _{Angka Oktan...} ...29

2.9.2. _{Nilai Kalor...} ₂₉

2.9.3. _{Volatility...} ₂₉

2.9.4. _{Titik Nyala (}_{Flash Point}_)... ₃₀

(8)

2.10.a.3..._Karbon

Dioxida (CO2) ... 31

2.10.a.4..._Oksigen (O2) ... 31

2.10.a.5..._Hidrokar bon (HC)... 31

2.11 _{Rasio Bensin Ethanol...} ₃₂

2.12 _{Parameter Petunjuk Perhitungan...} ₃₂

2.11.1_{Torsi (T)...} ₃₂

2.11.2_Daya... ₃₂

2.11.3_{Konsumsi Bahan Bakar...} ₃₂

BAB III DASAR TEORI 3.1. _{Jenis Penelitian...} ₃₄

3.2. _{Waktu dan Tempat Penelitian...} ₃₄

3.3. _{Bahan Dan Alat Penelitian...} ₃₄

3.3.1. _{Bahan-Bahan Dalam Penelitian...} ₃₄

3.3.2. _{Alat-Alat Dalam Penelitian...} ₃₄

3.3.3. _{Spesifikasi Mesin Penelitian...} ₃₇

3.4. _{Diagram Alir Pengujian...} ₃₈

3.4.1. _{Diagram Alir Pengujian Daya Dan Torsi...} ₃₈

3.4.2. _{Diagram Alir Pengujian Konsumsi Bahan Bakar...} ₃₉

3.4.3. _{Diagram Alir Pengujian Emisi Gas Buang...} ₄₁

3.5. _{Pengujian Untuk Kerja Mesin...} ₄₃

3.5.1. _{Pengujian Untuk Kerja Mesin Torsi dan Daya...} ₄₃

3.6. _{Persiapan Pengujian...} ₄₄

(9)

4.2.1. _Hasil _Pengujian _Torsi

...

48

4.2.2. _Hasil _Pengujian _Daya

...

51

4.2.3._{Data Hasil Pengujian Emisi Gas Buang}

...

54

4.3. _{Konsumsi Bahan Bakar (KBB)... 64}

4.3.1. _Hasil _Nilai _mf

...

64

4.3.2. _Hasil _Nilai _SFC

...

66

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Skema gerakan torak 2 langkah... 9

Gambar 2.2. Skema gerakan torak 4 langkah...11

Gambar 2.3. Langkah Hisap...12

(11)

Gambar 2.8. Cincin Torak...15

Gambar 2.9. Batang Penggerak dan poros Engkol...16

Gambar 2.10. Karburator...18

Gambar 3.1. Computer...34

Gambar 3.2. StopWatch...35

Gambar 3.3. Thermometer...35

Gambar 3.4. Gas Analyzer...35

Gambar 3.5. Dyanometer...36

Gambar 3.6. Tacnometer...36

Gambar 3.7. Buret...36

Gambar 3.8. Gelas Ukur...37

Gambar 3.9. Diagram Alir Penggujian Torsi dan Daya...38

Gambar 3.10. Diagram Alir Penggujian Konsumsi Bahan Bakar...40

Gambar 3.11. Diagram Alir Penggujian Emisi Gas Buang...41

Gambar 3.12. Skema Alat Uji Daya Motor...43

DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Spesifikasi Premium...22

Tabel 2.2. Spesifikasi Pertamax plus...24

Tabel 2.3. Spesifikasi Ethanol...26

(12)

Tabel 4.2. Hasil Pengujian Daya Pertamax Plus Murni, Premium-Ethanol 5%, Premium-Ethanol 10%,

dan Premium-Ethanol 15%...51

Tabel 4.3. Hasil Pengujian Emisi Gas Buang Pertamax Plus Murni, Premium-Ethanol 5%, Premium-Ethanol 10%,

dan Premium-Ethanol 15% Terhadap CO

... 57

dan Premium-Ethanol 15% Terhadap CO2

... 58

dan Premium-Ethanol 15% Terhadap HC

... 60

(13)

dan Premium-Ethanol 15% Terhadap λ ... 63

Tabel 4.8. Hasil data konsumsi bahan bakar terhadap (mf)

... 64

Tabel 4.9. Hasil data konsumsi bahan bakar terhadap (SFC)

(14)

Pertamax Plus Murni, Premium-Ethanol 5%,

Premium-Ethanol 10%, dan Premium-Ethanol 15%...50

Gambar 4.2. Grafik Perbandingan Daya Dengan Variasi Bahan Bakar Pertamax Plus Murni, Premium-Ethanol 5%,

Gambar 4.3. Hasil Data CO Pengujian Emisi Gas Buang Bahan Bakar Pertamax Plus Murni, Premium-Ethanol 5%,

Gambar 4.4. Hasil Data CO2 Pengujian Emisi Gas Buang Bahan Bakar

Gambar 4.5. Hasil Data HC Pengujian Emisi Gas Buang Bahan Bakar Pertamax Plus Murni, Premium-Ethanol 5%,

Gambar 4.6. Hasil Data O2 Pengujian Emisi Gas Buang Bahan Bakar

(15)

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG ATAU SATUAN

ARTI

kW Satuan Kilo Watt

Hp Satuan Horse Power

Rpm Satuan Rotasi Per- Menit

TMA Titik Mati Atas

TMB Titik Mati Bawah

ECE External Combustion Engine

ICE Internal Combustion Engine

CFR Coordination Fuel Research

RON Research Octane Number

IWWC International Word Wide Fuel Charater

EFI Electronic Fuel Injection

VVTI Variable Valve Timming Inteligent

VTI Variable Transitif Linguistik

% Satuan Persen

(16)

NOX Nitrogen Oksida

O2 Oksigen

λ Lamda

T Torsi

P Daya

SFC Konsumsi Bahan Bakar Spesifik

mf Konsumsi Bahan Bakar

DAFTAR LAMPIRAN

1...

Lampiran Hasil Pengujian Torsi Dan Daya

2...

Lampiran Hasil Pengujian Emisi Gas Buang

3...

Table Torsi dan Daya

4...

Tabel Emisi Gas Buang

5...

(17)

Foto Pengujian

8...

(18)

xv ABSTRAK

Populasi kendaraan di Indonesia yang berbahan bakar minyak (BBM) setiap tahunnya semakin meningkat sedangkan cadangan minyak sendiri semakin menipis. Untuk mengatasi hal tersebut diperlukan bahan bakar alternative yang ramah lingkungan sebagai pengganti BBM untuk kendaraan, salah satu bahan bakar alternative adalah penggunaan ethanol sebagai campuran bahan bakar motor. Untuk mengetahui pengaruh penggunaan bahan bakar ethanol sebagai campuran premium yang hamper setara dengan pertamax plus perlu dilakukan penelitian yang akurat.

Pada penelitian ini yang diuji nilai torsi (N.m) dan daya (kW), emisi gas buang (CO, CO₂, HC, O₂,dan λ), _{dan nilai konsumsi bahan bakarnya (}_mf_{dan SFC)} untuk variasi bahan bakar pertamax plus murni, ethanol 5%, premium-ethanol 10%, dan premium-premium-ethanol 15%. Pengujian ini menggunakan kecepatan yang berbeda seperti: torsi dan daya dari 4000 (rpm) sampai 115000 (rpm) dan emisi gas buang 4000 (rpm), 6000 (rpm), 8000 (rpm), dan 9000 (rpm). Alat yang digunakan dalam pengujian untuk torsi dan daya adalah dynanometer, sedangkan emisi gas buang adalah gas analyzer.

Hasil dari penelitian ini didapat yang hampir atau paling mendekati sama adalah pertamax plus murni dan premium-ethanol 5% dengan torsi 16,41 (N.m) pada 7938 (rpm) dan 8224 (rpm), daya 15.1 (kW) pada 9115 (rpm) dan 9368 (rpm) untuk pertamax plus murni sedangkan untuk premium-ethanol 5% torsi 16,36 (N.m) pada 7965 (rpm) dan dayanya 14,8 (kW) pada 9047 (rpm) dan 9333 (rpm).

(19)

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dari fakta dan data yang ada menunjukan bahwa pemakaian bahan bakar fosil mendekati masa dimana bahan bakar mulai sedikit, jumlah cadangan semakin menipis, harga yang tidak stabil (kecenderungan terus meningkat) maka untuk lebih efisien dalam penggunaannya perlu mencari sumber/bahan bakar baru yang dapat digunakan sebagai gantinya. Sumber bahan bakar alternative yang ramah lingkungan serta dapat diperbaharui. Untuk kemungkinan terburuk dampak pemakaian bahan bakar fosil, setidaknya ada beberapa alternatif jalan keluarnya. Salah satunya adalah dengan penggunaan ethanol sebagai campuran bahan bakar di kendaraan. (Pria, 2009)

Pertamax plus memiliki nilai oktan yang besar. Namun harga pertamax plus yang agak mahal, sehingga penggunaannya sering diabaikan dan hal tersebut berpengaruh terhadap performa yang dihasilkan. Dalam menyikapi hal ini diperlukan adanya bahan bakar alternatif untuk mengatasinya. Bahan bakar

alternative tersebut adalah ethanol yang di campur dengan premium untuk menghasilkan peforma yang hampir setara dengan pertamax plus. (Siswo, 2013)

Ethanol merupakan hasil fermentasi yang berasal dari tumbuhan seperti jagung, gandum, kentang, tebu, dan lain-lain. Dipilihnya ethanol sebagai bahan bakar campuran alternative karena ehtanol mudah didapatkan dipasaran murah tidak mengandung logam dan tidak membentuk senyawa oksida yang berbahaya bagi lingkungan. Selain itu, ethanol juga dapat meningkatkan angka oktan dari bahan bakar. Ethanol memiliki angka oktan lebih tinggi dari pada bensin yaitu

research octanenumber108.

(20)

alternative yang ramah lingkungan. Ethanol yang dicampur dengan premium nantinya akan diuji pengaruhnya terhadap performa mesin. (Siswo, 2013)

Penelitian terdahulu seperti ; Margono (2003), Muklisanto (2003), Hartono (2007), Apriyanto (2008), dan Heru (2012) melakukan penelitian perbandingan bahan bakar dengan campuran ethanol pada premium dengan menggunakan motor 4 langkah berkecepatan dibawah 225 cc, oleh karena itu dapat dibandingan dengan penelitian ini dan disimpulkan bahwa penelitian ini memiliki kelebihan dikarenakan menggunakan motor yang 225 cc yang berpengaruh terhadap kompresi yang lebih tinggi dan menyebapkan dalam hal torsi lebih besar sehingga ketersedian mesin untuk berkerja lebih baik daripada penelitian terdahulu, sedangkan untuk dayanya lebih besar juga sehingga usaha yang dilakukan oleh mesin dalam hal laju kendaraan lebih bagus. Dalam hal konsumsi bahan bakar lebih baik dikarenakan oktan yang lebih tinggi dari pertamax plus murni dan performa mesin yang lebih bagus akibat bahan bakar tersebut. Pada penelitian Siswo (2013) menggunakan motor dengan 250 cc dan pengaruh campuran ethanol pada premium, dalam hal ini torsi dan daya yang didapat lebih besar dari penelitian ini tetapi untuk konsumsi bahan bakar yang didapat lebih besar sehingga membuat kendaran lebih cepat menghabiskan bahan bakar dikarenakan kompresi yang lebih tinggi, dalam hal mesin Siswo (2013) menggunakan system kendaraan injeksi dalam perawatannya lebih susah dibandingkan system dengan karburator.

(21)

1.2 Rumusan Masalah

Dalam penelitian ini, permasalahan dirumuskan sebagai berikut :

1. Apakah ethanol dapat meningkatkan angka oktan dari bahan bakar dan ramah lingkungan ?

2. Apakah pertamax plus murni yang memiliki angka oktan lebih tinggi dibandingkan dengan premium dapat memberikan kinerja yang lebih baik jika digunakan pada motor bakar ?

3. Bagaimana pengaruh penggunaan camuran premium dengan ethanol sebagai bahan bakar pada motor empat langkah perluh diketahui ?

4. Bagaimana perbandingan kinerja premium-ethanol terhadap kinerja pertamax plus murni ?

1.3 Batasan Masalah

Agar permasalahan yang dibahas dalam laporan penelitian ini tidak menyimpang dari judul yang telah ditetapkan maka perlu dibuat adanya batasan masalah agar hasil yang dicapaikan lebih fokus. Batasan masalah yang digunakan disini sebaga iberikut:

1. Bahan bakar yang digunakan adalah pertamax plus murni dan campuran premium-ethanol dengan variasi kandungan ethanol 5%, 10%, 15%. 2. Penelitian dilakukan pada sepeda motor Yamaha Scorpio Z 225 cc

dengan menggunakan kompresi standar.

3. Pengambilan data dimulai pada putaran mesin terendah dan dilanjutkan dengan menaikkan kecepatan putar sampai dengan dicapainya kecepatan putar maksimum.

4. Sistem pengapian dalam keadaan standar.

(22)

1.4 Tujuan Penelitian

1. Mengetahui pengaruhpenggunaan bahan bakar pertamax plus murni terhadap kinerja motor 4 langkah 225 cc.

2. Mengetahui pengaruh penggunaan bahan bakar premium murni terhadap kinerja motor 4 langkah 225 cc.

3. Mengetahui pengaruh penggunaan bahan bakar premium-ethanol 5%, premium-ethanol 10%, dan premium-ethanol 15% terhadap kinerja motor 4 langkah 225 cc.

4. Mengetahui perbandingan kinerja mesin dengan berbagai variasi campuran premium-ethanol, premium murni, dan pertamax plus murni dalam hal torsi dan daya

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah:

1. Memperoleh data kinerja motor 225 cc berupa torsi dan daya, konsumsi bahan bakar, dan emisi gas buang dengan bahan baka rpertamax plus murni, ethanol 5%, ethanol 10%, dan premium-ethanol 15%.

2. Memperkaya khasanah ilmiah bidang otomotif dan bahan bakar.

(23)

Arismunandar (2002) penilitian yang dilakukan oleh menghasilkan data-data

dan kesimpulan yang menunjukan ongka oktan pada bahan bakar digunakan

sebagai pedoman untuk mengatur periode penundaan (delay period) waktu nyala api busi untuk merambat ke bagian yang paling jauh dari busi. Bensin dengan

angka oktan yang tinggi mempunyai periode penundaan yang panjang. Namun

demikian, penggunaan bahan bakar dengan angka oktan yang tinggi tidak

memberikan perbaikan effisiensi dan daya jika digunakan untuk mesin yang

dirancang untuk menggunakan bahan bakar dengan bilangan oktan yang rendah. Margono (2003) melakukan penelitian tentang pengaruh pemakaian

campuran bahan bakar premium etanol terhadap untuk kerja motor empat

langkah. Hasil penelitian menunjukkan pada campuran E10% terjadi kenaikan

yang signifikan ; torsi lebih besar 7,6%, daya lebih besar 7,8%, tekanan efektif

rata rata lebih besar 7,87% konsumsi bahan bakar spesifik lebih kecil 14,2% dan

efisiensi termal lebih besar 7,1% bila dibandingkan dengan penggunaan premium

murni.

Muklisanto (2003) melakukan penelitian tentang pengaruh variasi campuran

premium dan ethanol pada variasi rasio mainjet terhadap kinerja mesin 4 langkah

110 cc. Dari penelitian tersebut diperoleh hasil sebagai berikut, pada variasi

ethanol torsi tertinggi campuran premium 90% dan etanol 10% sebesar 7,1 N.m

pada putaran mesin 5000 rpm dan daya tertinggi oleh campuran premium 90%

dan ethanol 10% sebesar 3,717 kW pada putaran 5000 rpm

Hartono (2007) melakukan penelitian tentang penggunaan bahan bakar

premium, pertamax dan pertamax plus. Hasil penelitian menunjukkan torsi

maksimum dicapai pada bensin pertamax sebesar 7,52 Nm pada 6118 rpm, di ikuti

pertamax plus 7,41 Nm pada 5931 rpm, dan bensin premium 7,41 Nm pada 5958

rpm. Sedangkan daya maksimum pada bensin pertamax sebesar 6,80 HP pada

7434 rpm, diikuti premium 6,74 HP pada 7672 rpm, lalu pertamax plus sebesar

6,73 HP pada 7317 rpm. Untuk konsumsi bahan bakar spesifik minimal dimiliki

(24)

pertamax plus sebesar 0,11 HP pada 5250 rpm, diikuti bensin pertamax sebesar

0,12 HP pada 4750 rpm, kemudian bensin premium sebesar 0,12 kg/kW pada

5250 rpm.

Apriyanto (2008) melakukan penelitian tentang pengaruh pemakaian

campuran bahan bakar premium-etanol terhadap untuk kerja motor empat

langkah. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa penambahan E15%

menghasilkan nilai torsi tertinggi sebesar 9,2 Nm. Mengalami peningkatan

sebesar 8,2% nilai daya sebesar 5,77 kW, mengalami peningkatan sebesar

29,57%, nilai BMEP tertinggi sebesar 1.115,52 kpa, mengalami peningkatan

sebesar 29,57% nilai SFC terendah sebesar 0,152% mengalami peningkatan

sebesar 63,15% dan nilai efisiensi thermis tertinggi sebesar 50,20% mengalami

peningkatan sebesar 64,47% yang lebih baik dibandingkan dengan penggunaan

bahan bakar premium murni.

Heru purwanto (2012) perbandingan premium dan pertamak tehadapa unjuk

kerja mesin motor supra pit tahun 2004. Membahas tentang penggunaan bahan

bakar premium dan pertamax untuk pengukuran performa mesin yang meliputi

putaran mesin,daya dan konsumsi bahan bakar spesifik yang dilakukan pada gap

busi 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm dan 0,8 mm. Penilitian yang dilakukan

menghasilkan data-data dan kesimpulan yang menunjukan adanya peningkatan

performa motor bakar terhadap bahan bakar pertamax. Peningkatan performa

motor bakar dengan bahan bakar pertamax ini disebabkan karena adanya nilai

oktan yang lebih besar dari pada bahan bakar premium. Dengn mengunakan

dynamometer di labratorium konversi energy teknik mesin unib.

Siswo Utomo (2013) melakukan penelitian tentang komparasi performa

motor kawasaki ninja 250R 2012 berbahan bakar biopremium dan pertamax-plus.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa, penggunaan biopremium E30 pada motor

Kawasaki Ninja 250 R 2012 lebih baik dibandingkan dengan pertamax-plus dari

segi performa motor. Hal ini dibuktikan dengan peningkatan torsi optimal menjadi

1,79 kgf.m dengan persentase penurunan sebesar 0,15% pada 10500 rpm. Daya

efektif optimal menjadi 27,67 PS dengan persentase peningkatan sebesar 4,05%

(25)

persentase penurunan sebesar 12,86% pada 12500 rpm. Tekanan efektif rata-rata

optimal menjadi 9,07 kg/cm² dengan persentase peningkatan sebesar 0,82% pada

10000 rpm.

Ahmad Wahyudi (2014) penilitian yang dilakukan oleh menghasilkan

data-data dan kesimpulan yang menunjukan adanya peningkatan performa motor bakar

terhadap bahan bakar campuran etanol. Peningkatan performa motor bakar dengan

bahan bakar campuran etanol ini disebabkan karena adanya nilai oktan yang lebih

besar dari pada bahan bakar premium.

Campuran bahan bakar etanol memiliki nilai "E" yang menjelaskan

persentase bahan bakar etanol di dalam campuran tersebut. Misalnya, E85 artinya

adalah 85% etanol anhidrat dan 15% bensin. Brazil adalah negara dengan

produksi bahan bakar etanol kedua terbesar di dunia, sekaligus pengekspor

terbesar bahan bakar etanol. (Riberio, 1997)

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Motor Bakar

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. (Yaswaki dan Murdhana, 1998)

Motor bakar torak (Gambar 2.1) mempergunakan beberapa silinder yang di

dalamnya terdapat torak yang bekerja translasi 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 yang dibantu oleh batang penggerak yang dihubungkan dengan poros

engkol. (Surbakti, 1985)

Pada motor bakar torak tidak terdapat proses pemindahan kalor gas

(26)

cukup sederhana, lebih kompak, dan lebih ringan dibanding dengan mesin

pembakaran luar (mesin uap). Karena itu, penggunaan motor bakar sangat banyak

dan menguntungkan, penggunaan motor bakar dalam masyarakat antara lain

adalah dalam bidang transportasi, penerangan, produksi dan sebagainya.

(Surbakti, 1985)

2.2.2 Sistem Kerja Motor Bakar

Motor Bakar berdasarkan macam proses kerjanya atau menurut jumlah

langkah tiap siklusnya dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok, yaitu

a. Motor pembakaran luar atau external combustion engine

(ECE).

b. Motor pembakaran dalam atau internal combustion engine

(ICE).

2.3 Prinsip Motor Bakar

2.3.1 Motor Pembakaran Luar atau External Combustion Engine (ECE).

Motor pembakaran luar adalah proses pembakaran bahan bakar terjadi di

luar mesin, sehingga untuk melakukan pembakaran digunakan mesin tersendiri.

Panas dari hasil pembakaran bahan bakar tidak langsung diubah menjadi tenaga

gerak, tetapi terlebih dahulu melalui media penghantar, kemudian diubah menjadi

tenaga mekanik. (Arismunandar, 1998)

Keunggulan motor pembakaran luar:

1. Dapat memakai semua bentuk bahan bakar.

2. Dapat memakai bahan bakar yang bermutu rendah.

3. Cocok untuk melayani beban-beban besar dalam satu poros.

4. Lebih cocok dipakai untuk daya tinggi.

2.3.2 Motor Pembakaran Dalam atau Internal Combustion Engine (ICE).

Proses pembakaran motor bensin 4 langkah terjadi secara periodik, yaitu

piston bergerak akibat adanya ledakan (pembakaran) dalam ruang bakar antara

campuran bahan bakar dan udara yang dipicu oleh bunga api yang terpercik dari

(27)

batang penghubung ( connecting rod ). Pasokan bahan bakar ke ruang bakar menggunakan dua katup, yaitu katup isap dan katup buang. (Arismunandar, 1998)

Motor pembakaran dalam dibagi menjadi dua jenis utama yaitu motor

bensin (otto) dan motor diesel. Perbedaan kedua motor tersebut yaitu jika motor bensin menggunakan bahan bakar bensin atau sejenis, sedangkan motor diesel

menggunakan bahan bakar solar. Perbedaan yang utama juga terletak pada sistem

penyalaannya, dimana pada motor bensin digunakan busi sebagai sistem

penyalaannya sedangkan pada motor diesel memanfaatkan suhu kompresi yang

tinggi untuk dapat membakar bahan bakar solar. (Arismunandar, 1998)

2.3.3 Prinsip Langkah Kerja Motor Bensin 2 Langkah

Motor bakar dua langkah adalah mesin yang pembakarannya dilakukan

dengan dua kali gerakan piston dan satu kali putaran poros engkol. Pada dasarnya

prinsip kerja motor 2 tak sangat simpel atau sederhana. Pada satu siklus

pembakaran terjadi dua kali langkah piston. sangat berbeda sekali dengan prinsip

kerja motor 4 tak. Pada motor 4 tak terjadi 4 langkah pada satu siklus

pembakaran. walaupun sama-sama memiliki 4 proses, langkah isap, langkah

tekanan atau ekspansi, langkah putar atau tenaga dan langkah buang yang diteruskan ke saluran buang atau knalpot. (Suratman, 2002)

(28)

2.3.3.1 Langkah Isap

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

piston bergerak dari TMA ke TMB maka akan terjadi penekanan pada ruang bilas

yang ada di bawah piston. Sebelum ruang bilas terbuka oleh torak, di dalam bak

mesin terjadi kompresi terhadap campuran bahan bakar dengan udara. Saat piston

bergerak melewati lubang exhaust, gas yang berada pada ruang bakar akan keluar melalui lubang exhaust. saat piston melalui lubang intake maka gas dalam ruang bilas yang terpompa oleh piston akan masuk ke dalam ruang bakar, dan saat

langkah ini gas dari sisa pembakaran akan terdorong keluar melalui exhaust.

(Suratman, 2002)

2.3.3.2 Langkah Kompresi

Torak bergerak dari TMB ke TMA, Piston yang bergerak dari TMB ke

TMA akan melakukan penghisapan campuran bahan bakar, udara, dan pelumas

(oli samping). Setelah piston melewati lubang intake dan lubang exhaust maka piston akan melakukan langkah kompresi yang akan menghasilkan tekanan pada

ruang bakar. Piston akan terus menekan sampai TMA, dan pada tepat berada di

TMA. Campuran bahan bakar dan udara yang sudah mendapat tekanan yang

dasyat dari piston akan terbakar oleh api yang dipercikkan oleh busi. Setelah

terjadi ledakan pada ruang bakar maka akan diteruskan ke langkah tenaga, dan

tenaga disalurkan ke sistem transmisi. (Suratman, 2002)

2.3.3.3 Langkah Kerja dan Ekspansi

Pada langkah ini terjadi langkah usaha dan buang yang terjadi pada saat

yang tidak bersamaan, jadi langkah usaha dahulu kemudian setelah saluran bilas

dan saluran buang terbuka terjadi langkah buang yang terjadi pada langkah ini

adalah :

a. Sebelum piston mencapai TMA, busi akan memercikkan bunga api

listrik sehingga campuran udara dan bahan bakar akan terbakar

(29)

b. Sesaat setelah saluran hisap tertutup kemudian saluran hisap dan

saluran buang terbuka maka campuran bahan bakar dan udara yang

berada diruang engkol akan mendorong gas sisa hasil pembakaran

melalui saluran bilas ke saluran gas buang.

c. Motor pembakaran dalam adalah proses pembakarannnya

berlangsung di dalam motor bakar, sehingga panas dari hasil

pembakaran langsung bisa diubah menjadi tenaga mekanik.

2.3.3.4 Langkah Buang

Sebelum torak mencampai TMB, saluran buang terbuka dan gas sisi

membakar mengalir terbuang ke luar.Pada saat yang bersamaan campuran bahan

bakar dengan udara masuk ke dalam ruang bakar melalui rongga bilas. Langkah

usaha/kerja berakhir sampai saat lubang pembuangan terbuka. Gas sisa

pembakaran segera keluar. Pada saat gerak menuju TMB tersebut, torak membuka

lubang pembilasan, sehingga campuran bahan bakar dan udara yang baru segera

menggantikan sisa gas pembakaran dalam silinder. Proses penggantian gas sisa

pembakaran dalam silinder ini disebut sebagai proses pembilasan. Pada proses

pembilasan, sebagai campuran bahan bakar dengan udara ikut keluar silinder

bersama gas buang. (Suratman, 2002)

2.3.4 Prinsip Langkah Kerja Motor 4 Langkah

Motor bakar bensin empat (4) langkah merupakan suatu mesin yang

dalam satu siklus kerjanya terdiri dari langkah hisap, langkah kompresi, langkah

kerja, langkah buang. Prinsip kerja motor bakar empat langkah adalah sebagai

(30)

Gambar 2.2. Langkah Kerja Motor Bensin 4 Langkah (Teknik Konversi Energi, 2011)

2.3.4.1 Langkah Hisap :

Langkah ini diawali dengan pergerakan piston dari titik mati atas

(TMA) menuju (TMB), katup isap terbuka dan katup buang tertutup. Melalui

katup isap, campuran bahan bakar bensin-udara masuk ke dalam ruang bakar.

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.3. (Agus, 2014)

Gambar 2.3. Langkah Hisap (Pudjanarsa, 2008)

2.3.4.2 Langkah Kompresi

Poros engkol berputar menggerakan torak ke TMA setelah mencapai

TMB, katup masuk dan katup buang tertutup. Campuran udara bahan bakar

dikompresikan, tekanan dan temperatur di dalam silinder meningkat, sehingga

campuran ini mudah terbakar. Proses pemampatan ini disebut juga langkah

tekan, yaitu ketika torak bergerak dari TMB menuju TMA dan kedua katup

(31)

Gambar 2.4. Langkah Kompresi (Pudjanarsa, 2008) 2.3.4.3 Langkah Kerja atau Ekspansi

Dikala berlangsungnya langkah kerja ini, kedua katup tertutup. Pada

waktu torak mencapai TMA timbulah loncatan bunga api listrik dari busi dan

membakar campuran udara-bahan bakar yang bertekanan dan bertemperatur

tinggi sehingga timbul ledakan, akibatnya torak terdorong menuju TMB

sekaligus menggerakkan poros engkol sehingga diperoleh kerja mekanik. Untuk

lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.5. (Agus, 2014)

Gambar 2.5. Langkah Kerja (Pudjanarsa, 2008)

2.3.4.4 Langkah Pembuangan

Setelah mencapai TMB poros engkol menggerakkan torak ke TMA,

volume silinder mengecil. Pada saat langkah buang katup masuk tertutup dan

katup buang terbuka. Torak menekan gas sisa pembakaran ke luar silinder.

Beberapa saat sebelum torak mencapai TMA katup isap mulai terbuka dan

beberapa saat setelah bergerak ke bawah katup buang sudah menutup. Gerakan

(32)

silinder, sehingga siklus tersebut terjadi secara berulang. Untuk lebih jelasnya

dapat dilihat pada Gambar 2.6. (Agus, 2014)

Gambar 2.6. Langkah Buang (Pudjanarsa, 2008)

2.4 Bagian Utama Motor Bakar 2.4.1 Blok Silinder

Silinder adalah sebagai tempat pembakaran campuran bahan bakar dengan

udara untuk mendapatkan tekanan dan tempertur yang tinggi. Bahan logam yang di pergunakan adalah bahan yang berkualitas baik sehingga tahan lama, tahan

gesekan , serta tahan terhadap temperatur tinggi. (Daryanto, 2008) Blok silinder berfungsi sebagai :

1. Tempat bergeraknya piston.

2. Tempat pertukaran gas sisa pembakaran dengan gas baru. 3. Tempat dudukan sirip sirip pendingin atau mantel air

4. Sebagai tempat lubang masuk, lubang transfer, dan lubang buang.

2.4.2 Kepala Silinder

Bagian teratas dari kontruksi mesin adalah kepala silinder yang berfungsi

sebagai penutup lubang silinder pada blok silinder. Kepala silinder dibuat dari

logam aluminium paduan agar tahn pada temperatur yang tinggi dan mempunyai masanya ringan. (Northop, 1995)

2.4.3 Torak

Torak dibuat dari bahan yang bermutu tinggi, torak harus kuat ringat dan

tahan akan temperatur tinggi. Fungsi torak adalah sebagai alat pengisap bahan

bakar, mengkompresikan bahan bakar, menampung tenaga atau gaya expansi gas

(33)

Torak atau piston terbuat dari bahan alumunium paduan yang mempunyai sifat :

1. Ringan.

2. Penghantar panas yang baik. 3. Pemuaian kecil

4. Tahan terhadap keausan akibat gesekan.

5. Kekuatan yang tinggi terutama pada temperatur tiinggi.

Gambar 2.7. Torak (Suratman, 2002 )

2.4.4 Cincin Torak

Cincin torak adalah cincin yang memisakan dua bagian, yaitu Torak dan

Silinder. Fungsi cincin torak adalah untuk mempertahankan kerapatan antara torak

dan silinder agar tidak ada kebocoran gas dari ruang bakar ke dalam bak mesin.

Cincin torak juga berfungsi membantu pengontrolan lapisan minyak pelumas di

dinding silinder. Cincin torak dibuat dari besi tuang atau baja campuran dan

digunakan sebagai penekan arah radial ke dinding silinder untuk membentuk

suatu sil atau perapar antara silinder dan torak. (Aditya, 2013)

Gambar 2.8. Cincin Torak (Suratman, 2002 )

Cincin torak terbagi 2 jenis dasar :

(34)

Cincin kompresi yang secara normal di pasang pada bagian atas terdiri

dari dua cincin. Pada dasarnya cincin kopresi berfungi untuk

memisahkan (perapat) agar mencegah gas dalam ruang pembakaran

melewati bak mesin. 2. Ring Pengontrol

Ring pengontrol ini dipasang pada bagian bawah dan merupakan ring

tunggal yang berfungsi untuk meratakan minyak pada dinding silinder

dan mengalirkan kembali ke panci oli. Ring oli pada dasarnya terdiri

dari tiga jenis, yaitu :

1. Ring oli besi tuang, yang dibuat satu buah

2. Ring oli bentuk segmen terdiri dari dua atau empat buah

3. Satu ekspander atau pengembangan yang di pasang pada belakang segmen, berfungsi sebagai pendorong keluar pada dinding silinder.

2.4.5 Pena Torak

Pena torak berfungsi sebagai pengikat torak terhadap penggerak. Selain itu,

pena torak juga berfungsi sebagai pemindah tenaga torak ke batang penggerak

agar gerak bolak-balik dar torak dapat diubah menjadi gerak berputar pada poros

engkol. Pena torak trbuat dari bahan baja paduan yang bermutu tinggi agar tahan

terhadap beban yang sangat besar. (Aditya, 2013)

2.4.6 Batang Penggerak

Batang pengerak menghunbungkan torak atau piston ke poros engkol.

Batang penggerak memindahkan gaya torak dan memutar poros engkol. Ketika

berhubungan dengan poros engkol. Batang penggerak mengubah gerakan

bolak-balik torak ke dalam gerakan putaran dari poros engkol dan roda gigi. Batang

penggerak pada umumnya dibuat dari bahan campuran baja bermutu tinggi dan

(35)

Gambar 2.9. Batang Penggerak dan Poros Engkol (Suratman, 2002 )

2.4.7 Poros Engkol

Pada umumnya poros engkol di buat dari bahan baja. Poros engkol

berfungsi mengubah gerakan bolak-balik yang diterima dari torak menjadi

gerakan berputar, pada poros engkol biasanya terdapat counte weight yang befungsi untuk membalance gaya-gaya yang tidak seimbang dari komponen poros

engkol. Bagian poros engkol yang berfungsi sebagai poros dibuat journal yang ditumpu oleh dua buah lempengan bantalan yang disebut bantalan utama (main bearing). Bantalan utama juga berfungsi sebagai penumpu dari poros engkol agar tidak mudah terpuntir dan berubah bentuk. (Aditya, 2013)

2.4.8 Roda Gaya atau Roda Penerus.

Berputarnya poros engkol secara terus menerus adalah akibat adanya tenaga

gerak (energi kinetik) yang disimpan pada roda penerus sebagai kelebihan pada

saat langkah kerja. Roda penerus atau disebut juga roda gila. (Aditya, 2013)

2.4.9 Bak Mesin

Bak mesin merupakan tempat pennempatan poros engkol dan gigi transmisi.

Bak mesin umumnya dibuat dari bahan logam alumunium paduan. Pada jenis

motor 2 langkah pada bagian bak mesinya terdapat saluran yang dihubungkan

(36)

mesin merupakan tempat minyak pelumas sekaligus juga sebagai pendingin

minyak pelumas di dalam sirkulasinya. (Aditya, 2013)

2.5 Reaksi Kimia pada Proses Pembakaran

Pembakaran dapat didefinisikan sebagai proses/reaksi oksidasi yang sangat

cepat antara bahan bakar (fuel) dan oksidator dengan menimbulkan nyala dan panas. Bahan bakar merupakan segala substansi yang melepaskan panas ketika

dioksidasi dan secara umum mengandung unsur-unsur karbon (C), hidrogen (H),

oksigen (O), nitrogen (N), dan sulfur (S). Sementara oksidator adalah segala

substansi yang mengandung oksigen (misalnya udara) yang akan bereaksi dengan

bahan bakar (Mahandari, 2010). Campuran ideal untuk pembakara antara udara

dan masing-masing senyawa penyusun bensin dapat dihitung dari masa relatif

masing-masing atom dan kesetimbangan reaksi kimia. Masa relatif atom-atom

penyusun bensin dan oksigen adalah (Susantya, 2007): a. Carbon (C) = 12

b. Hidrogen (H) = 1 c. Oxygen (O) = 16

Persamaan reaksi kesetimbangan untuk proses pembakaran sempurna dari

bensin adalah sebagai berikut: 2C8H18 + 25O2 →16CO2 + 18 H2O

2.6 Pembakaran pada Motor Bensin

Pembakaran didalam ruang bakar (combustion chamber) suatu motor bakar merupakan gabungan suatu proses fisika dan proses kimia yang kompleks,

meliputi persiapan pembakaran, perkembangan pembakaran, dan proses setelah

pembakaran. Proses tersebut tergantung dari jenis dan kecepatan reaksi kimia,

keadaan panas dan pertukaran masa selama proses, serta perambatan panas ke

sekelilingnya. (Faisal Dasuki, 1977)

Karburator merupakan sebuah alat dan merupakan bagian dari sistem bahan

bakar yang berfungsi untuk mencampur bahan bakar dan udara yang dibuat kabut

sebelum masuk silinder. Karburator mengatur pemasukan, pencampuran, dan

pengabutan bahan bakar ke dalam arus udara sehingga didapatkan campuran yang

(37)

menentukan baik atau buruknya performa mesin pada kendaraan. (Faisal Dasuki, 1977)

Gambar 2.10. Karburator 2.7 Bahan Bakar

Bahan bakar merupakan gabungan senyawa hidrokarbon yang diperoleh

dari alam maupun secara buatan. Bahan bakar cair umumnya berasal dariminyak

bumi. Dimasa yang akan datang, kemungkinan bahan bakar cair yang berasal dari

oil shale, tar sands, batubara dan biomassa akan meningkat. Minyak bumi merupakan campuran alami hidrokarbon cair dengan sedikit belerang, nitrogen,

oksigen, sedikit sekali metal, dan mineral. (Wiratmaja, 2010)

Dengan kemudahan penggunaan, ditambah dengan efisiensi thermis yang lebih tinggi, serta penanganan dan pengangkutan yang lebih mudah, menyebabkan

penggunaan minyak bumi sebagai sumber utama penyedia energi semakin

meningkat. Secara teknis, bahan bakar merupakan sumber energi yang terbaik,

mudah ditangani, mudah dalam penyimpanan dan nilai kalor pembakarannya

cenderung konstan. Salah satu kekurangan bahan bakar ini adalah harus

menggunakan proses pemurnian yang cukup komplek. Bahan bakar adalah bahan

yang apabila di bakar dapat meneruskan proses pembakaran tersebut dengan

sendirinya, disertai dengan pengeluaran kalor yang dapat terbakar misalnya:

kertas, kain, batu bara, minyak tanah, bensin dan sebagainya. (Wiratmaja, 2010)

Untuk melalukan pembakaran diperlukan 3 (tiga) unsur, yaitu :

a. Bahan bakar

b. Oksigen

(38)

Panas atau kalor yang timbul karena pembakaran bahan bakar tersebut

disebut hasil pembakaran. Kriteria umum yang harus dipenuhi bahan bakar yang

akan digunakan dalam motor bakar adalah sebagai berikut:

a. Proses pembakaran bahan bakar dalam silinder harus secepat mungkin

dan panas yang dihasilkan harus tinggi.

b. Bahan bakar yang digunakan harus tidak meninggalkan endapan atau

deposit setelah pembakaran karena akan menyebabkan kerusakan pada

dinding silinder.

c. Gas sisa pembakaran harus tidak berbahaya pada saat dilepas ke

atmosfer.

Karakteristik utama yang diperlukan dalam bensin adalah sifat

pembakarannya. Sifat pembakaran ini biasanya diukur dengan angka oktan.

Angka oktan merupakan ukuran kecenderungan bensin untuk mengalami

pembakaran tidak normal yang timbul sebagai ketukan mesin. Semakin tinggi

angka oktan suatu bahan bakar, semakin berkurang kecenderungannya untuk

mengalami ketukan dan semakin tinggi kemampuannya untuk digunakan pada

rasio kompresi tinggi tanpa mengalami ketukan. (Wiratmaja, 2010)

2.7.1 Cara Menentukan Angka Oktan Bahan Bakar

Cara menetukan angka oktan bahan bakar adalah dengan mengadakan

perbandingan bahan bakar tertentu dengan bahan bakar satandar dengan

mememakai mesin CFR (coordination fuel research). Mesin CFR merupakan sebuah mesin silinder tunggal dengan perbandingan kompresi 4:1 sampai 14:1.

(Hariyanto, 2010)

Bahan Bakar Standar :

a. Iso oktane trimetyl pentane (C7H18)

Iso oktane adalah bahan bakar dengan kcenderungan detonasi kecil bahan bakar inilah yang mempunyai angka oktan 100.

b. Normal heptane (C7H16)

Bahan bakar yang mempunyai kecenderungan detonasi besar, bahan

(39)

mesin CFR. Pengetesan dilakukan dengan cara bahan bakar dalam mesin

dan perbandingan kompresi dinaikan perlahan lahan hingga diperoleh

ketukan (Knocking) tertentu atau pembacaan detonasi dari sebuah detektor

variasi.

2.7.2 Hubungan Antara Angka Oktan dengan Pembakaran

Pada intinya segala usaha untuk memperkecil kecenderungan detonasi

adalah suatu usaha untuk memperpanjang waktu antara terjadinya loncatan listrik

pada busi dan saat terjadi nyala pembakaran atau memperpendek waktu yang

dilakukan oleh nyala api untuk mencapai bagian terjauh dari busi.

Bahan bakar dengan bilangan angka oktan tinggi baik digunakan motor

bensin dengan perbandingan kompresi tinggi. Sebagai mana diketahui salah satu

cara untuk menaikan efisinsi motor adalah dengan menaikan komprsi, maka

dengan mempergunakan bahan bakar beroktan tinggi, hambatan yang sebagaian

besar disebabkan detonasi berangsur-angsur dapat diatasi. Jadi bahan bakar

beroktan tinggi, berarti untuk memperbaiki kesempurnaan pembakaran dan untuk

mengatur saat penyalaan pembakaran dalam hubungannya dengan perbaikan

terhadap ketahanan detonasinya (Arismunandar, 2002)

2.7.3 Pengaruh Bahan Bakar terhadap Tekanan Masuk dan Perbandingan

Kompresi

Untuk mesin yang tanpa supercharger, tekanan masuk direncanakan mendekati atmosfer pada katub terbuka penuh, bahan bakar dengan oktan tinggi

dapat mempertinggi efisinsi mesin. Sedangkan untuk mesin yang bekerja dengan

supercharger, tekanan masuk direncanakan lebih dari satu atmosfer. Tekanan masuk diperoleh dengan jalan menekan udara atmosfer masuk ke dalam silinder selama langkah isap dengan pompa udara (blower dan konpresor). (Wikipedia, 2012)

2.8 Jenis Bahan Bakar

(40)

Premium adalah senyawa organik yang dibutuhkan dalam suatu

pembakaran dengan tujuan untuk mendapatkan energi atau tenaga. Bahan bakar

premium sering digunakan sebagai bahan bakar untuk kendaraan bermotor.

Premium merupakan campuran komplek senyawa-senyawa hidrokarbon yang memiliki titik didih sekitar 40˚C sampai 180˚C. Bahan bakar ini sering disebut

juga dengan gasoline atau petrol. Penggunaan premium dalam mesin berkompresi tinggi akan menyebabkan mesin mengalami knocking sehingga premium di dalam mesin kendaraan akan terbakar dan meledak tidak sesuai dengan gerakan piston.

Premium memiliki Research Octane Number (RON) sebesar 88. (www.pertamina.com, 2008)

Tabel. 2.1. Spesifikasi Premium (Keputusan Dirjen Migas No. 940/34/DJM/2002)

No Sifat MIN MAX

1 Angka oktan riset RON 88

-2 Kandungan Timbal (Pb)(gr/lt) - 0,30

3 Distilasi

10% Vol penguapan (0C) - 74

50% Vol penguapan (0C) 88 125

90% Vol penguapan (0C) 180

Titik Didih akhir (0) - 205

Residu (% Vol) 2.0

4 Tekanan Uap (kpa) - 62

5 Getah purawa (mg/100ml) - 5

6 Periode induksi (menit) 360

-7 Sulfur bilah tembaga (% massa) - 0.002

8 Korosi bilah tembaga (menit) Kelas 1

9 Uji dokter Negatif

10 Warna Kurang 2

Bensin premium mempunyai sifat anti ketukan yang baik dan dapat dipakai

pada mesin kompresi tinggi pada saat semua kondisi. Sifat-sifat penting yang

diperhatikan pada bahan bakar bensin adalah :

1. Kecepatan menguap (volatility)

2. Kualitas pengetukan (kecenderungan berdetonasi)

3. Kadar belerang

(41)

5. _{Titik nyala}

6. Berat jenis

2.9.2 Pertamax Plus

Pertamax plus adalah bahan bakar minyak produksi pertamina. Pertamax

plus, seperti hal nya pertamax dan premium, adalah produk BBM dari pengolahan

minyak bumi, dihasilkan dengan penambahan zat aditif dalam proses pengolahan

dikilang minyak. Pertamax plus merupakan bahan bakar yang sudash memenuhi

standar performa international word wide fuel charter (IWWC). Pertamax plus

adalah bahan bakar yang memiliki rasio kompresi minimal 10,5 serta

menggunakan teknologi electronic fuel injection (EFI), variable valve timing inteligent (VVTI), (VTI), turbochargers, dan catalityc converters. (www.pertamina.com, 2008)

Pertamax plus mempunyai keunggulan seperti : a. Bebas timbal.

b. Oktan atau (RON) yang lebih tinggi dari pertamax, pertalite, dan premium.

c. Karena memiliki oktan tinggi, maka pertamax plus bisa menerima tekanan pada mesin berkompresi tinggi. Sehingga dapat bekerja

dengan optimal pada gerakan piston. Hasilnya, tenaga mesin yang

menggunakan Pertamax Plus lebih maksimal, karena BBM

digunakan secara optimal.

d. Bisa membersihkan timbunan pada fuel injector, inlet valve, ruang bakar yang dapat menurunkan performa mesin kendaraan dan

mampu melarutkan air di dalam tangki mobil sehingga dapat

mencegah karat dan korosi pada saluran dan tangki bahan bakar.

Walaupun memiliki nilai oktan tinggi akan kurang efektif bila di

(42)

Tabel 2.2. Spesifikasi Pertamax Plus (Keputusan Dirjen Migas No.940/34/DJM/2002)

No Sifat Min Max

1 Angka oktana riset RON 95.0

-2 Kandungan Pb(gr/lt) - 0,013

3 Distilasi

10 % Vol Penguapan (C) - 70

50% Vol penguapan(C) 77 110

90% Vol penguapan(C) 130 180

Titik didih akhir(C) - 205

Residu (%Vol) - 2.0

4 Tekanan uap reid pada 37,8 C(psi) 45 60

5 Getah purawa(mg/100 ml) - 5

6 Periode induksi(menit) 480

-7 kandungan belerang(%massa) - 0,002

8 Korosi bilah tembaga(3jam/50C) Kelas I

9 Uji dokter atau belerang mecapatan Negativ

10 Warna Merah

2.8.3 Ethanol

Ethanol yang diproduksi dari bahan baku berupa biomassa ataupun

limbahnya yang diproduksi dengan teknologi biokimia, melalui proses fermentasi

bahan baku. Pada dasarnya, bioethanol dan ethanol adalah zat yang sama. Ethanol

atau etil alkohol merupakan senyawa organik dengan struktur kimia C2H5OH (Ashriyani, 2009).

Sebagai bahan bakar pada motor, etanol mempunyai sifat-sifat yang

dibutuhkan, seperti: nilai oktan yang tinggi, mampu diperbaharui, menghasilkan

emisi polutan yang lebih rendah. Sedangkan sifat-sifat yang kurang mendukung

sebagai bahan bakar motor otto adalah: nilai kalor yang hanya sekitar 2/3 dibandingkan gasoline, higroskopis dan dapat bercampur air dengan segala

perbandingan sehingga dapat menyebabkan korosi maupun pemisahan.

(43)

proses destilasi. Sebagai bahan baku digunakan tanaman yang mengandung pati,

ligno selulosa dan sukrosa. Dalam perkembangannya produksi ethanol yang

paling banyak digunakan adalah metode fermentasi dan destilasi. (Rahmawati,

2010)

Menurut Fitriana (2009), substrat yang dapat difermentasikan menjadi

Ethanol ada tiga, yaitu :

a. Bahan bergula (sugary materials) : tebu dan sisa produknya (molase dan

bagase). Gula bit, tapioka, kentang manis, sorgum manis, dan lain-lain.

b. Bahan-bahan berpati (starchy materials) : tapioka, maizena, barley, gandum, padi, dan kentang. Jagung dan ubi kayu adalah dua kelompok substrat yang menarik perhatian. Sebanyak 11,7 kg tepung jagung dapat dikonversi menjadi

7 liter ethanol.

c. Bahan-bahan lignoselulosa (lignosellulosic material) : sumber selulosa dan lignoselulosa berasal dari limbah pertanian dan kayu. Akan tetapi , hasil

ethanol dari lignoselulosa sedikit karena kekurangan teknologi untuk

mengkonversi gula pentosa menjadi ethanol. Sebanyak 409 liter ethanol dapat

diproduksi dari 1 ton lignoselulosa. Proses produksi etanol/bioetanol yang

menggunakan bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohidrat ,

dilakukan melalui proses konversi karbohidrat menjadi gula (glukosa) yang larut air. Glukosa dapat dibuat dari patipatian proses pembuatan glukosa dapat dibedakan berdasarkan zat pembantu yang dipergunakan, yaitu hidrolisis asam

dan hidrolisis enzim. Diantara kedua jenis hidrolisis tersebut , saat ini

hidrolisis enzim lebih banyak dikembangkan, daripada hidrolisis asam

misalnya dengan asam sulfat (Fitriana, 2009). Dalam proses konversi

karbohidrat menjadi gula (glukosa) dilakukan dengan penambahan air dan enzim, kemudian dilakukan proses peragian atau fermentasi gula menjadi ethanol dengan menambahkan yeast atau ragi.

Menurut Natsir (2013), bietanol memiliki karakteristik yang lebih baik

dibandingkan dengan bensin berbasis petrokimia karena beberapa hal :

a. Bioethanol mengandung 35% oksigen, sehingga dapat meningkatkan

(44)

b. Bioethanol memiliki nilai oktan yang lebih tinggi sehingga dapat

menghentikan fungsi bahan aditif seperti metal tetra butyl eter dan tetra

etil timbale.

c. Bioethanol memiliki nilai oktan (ON) 96-113, sedangkan nilai oktan

bensin hanya 85-96.

d. Bioethanol bersih bersifat ramah lingkungan, karena gas buangannya

rendah terhadap senyawa-senyawa yang berpotensi sebagai karbon

monoksida, nitrogen oksida, dan gas-gs rumah kaca.

e. Bioethanol mudah terurai dan aman karena tidak mencemari air.

f. Bioethanol dapat diperbaharui (renewable energy) dan proses produksinya relatif lebih rendah dibandingkan dengan proses produksi bensin.

Tabel 2.3. Data Sfesifikasi Etanol (Sumber, Merek KgaA, 2013)

No Karakteristik Satuan

1 Temperatur penyalaan 4250_C

2 Kelarutan di dalam air ( 200_{C ) larut}

3 Titik leleh -1170_C

4 Massa molar 46.07 g/mol

5 Densitas 0.805 – 0.812 g/cm3_{( 20}0_{C )}

6 Angka Ph 7.0 (10 g/l, H2O, 200C)

7 Titik didih 780_{C (1013 hPa)}

8 Tekanan uap 59 hPa

9 Batasan Ledakan 3.5 – 15%(V)

10 Titik nyala 170_C

Terdapat beberapa cara penggunaan ethanol untuk campuran gasoline sebagai berikut :

1. Hydrous ethanol (95 % Volume), yaitu etanol yang mengadung sedikit air. Campuran ini digunakan langsung sebagai pengganti gasoline Pada kendaraan dengan mesin yang sudah dimodifikasi.

2. Anhyrous ethanol atau (dehydrated ethanol), yaitu etanol bebas air dan paling tidak memiliki kemurnian 99%. Etanol ini dapat dicampur dengan

(45)

campuran etanol antara 5-10%, bahan bakar ini langsung digunakan pada

mesin kendaraan tanpa perly ada modifikasi. Campuran yang umum digunakan adalah 10% etanol dan 90% gasoline, Campuran Bioethanol

dengan kadar lebih kendaraan yang dimodifikasi, yang dikenal dengan

nama Flexible fuel vehicle. Modifikasi umumnya dilakukan pada tangki BBM kendaraan dan sistem injeksi BBM.

2.8.4 Bahan Bakar Alternatif

Bahan bakar alternatif adalah bahan bakar yang dapat digunakan untuk

menggantikan bahan bakar konvensional. Bahan bakar ini umumnya menghasilkan lebih sedikit emisi gas buang kendaraan yang mengakibatkan kabut

asap, polusi udara dan pemanasan global. Sebagian besar bahan bakar alternatif

tidak diturunkan dari bahan bakar fosil yang merupakan sumber daya terbatas karena bahan bakar alternatif dapat membantu negara memenuhi kebutuhan energi secara lebih mandiri. Bahan bakar alternatif mempunyai sifat dapat diperbaharui sehingga tidak tergantung dengan bahan bakar fosil yang semakin menipis. Pada bahan bakar alternatif ini mudah didapat di lingkungan sekitar,

karena bahan bakar ini dihasilkan dari sari pati atau bahan yang mengandung gula.

Bahan bakar alternatif tersebut yaitu ethanol. (Wikipedia, 2012)

2.9 Pengaruh Kerja Mesin Bensin 2.9.1 Angka Oktan

Angka Oktan adalah suatu bilangan yang menunjukkan sifat anti ketukan,

atau yang lebih dikenal dengan kata lain denotasi (knocking). Makin tinggi angka oktan maka semakin berkurang untuk terjadinya denotasi (knocking), maka campuran bahan bakar dan udara yang dikompresikan oleh torak menjadi lebih

baik sehingga tenaga motor akan lebih besar dan pemakaian bahan bakar menjadi

lebih hemat atau ekonomis. Cara menentukan angka oktan bahan bakar ialah

(46)

standar. Yaitu dengan menggunakan mesin CFR (coordination fuel research). Mesin CFR merupakan sebuah mesin silinder tunggal dengan perbandingan

kompresi yang dapat diukur dari sekitar 4:1 sampai dengan 14:1. Terdapat dua

metode dasar yang umum digunakan yaitu research method mengunakan mesin motor CFR F-1, yang hasilnya disebut dengan research octane number (RON) dan motor method yang menggunakan mesin motor CFR F-2 dimana hasilnya disebut dengan motor octane number (MON). Research method menghasilkan gejala ketukan lebih rendah dibandingkan motor research. (Tommy, 2014)

Nilai oktan yang harus dimiliki oleh bahan bakar ditampilkan dalam (Tabel

4.2.) berikut :

Tabel 2.4. Angka oktan untuk bahan bakar (www.pertamina.com)

Jenis Bahan Bakar Angka Oktan

Premium 88

Pertalite 90

Pertamax 92

Pertamax Plus 95

Pertamax Turbo 98

Bensol 100

Ethanol 108

2.9.2 Nilai Kalor

Nilai kalor adalah suatu angka yang menyatakan jumlah panas/kalori

yang dihasilkan dari proses pembakaran sejumlah tertentu bahan bakar dengan

udara/oksigen. Selain boros bahan bakar, tentu saja akan menyebabkan performa

yang tidak maksimal dari mesin tersebut. Mesin akan mengambil

sebanyak-banyaknya bahan bakar untuk memenuhi kebutuhan kinerjanya, akan tetapi tetap

tidak mencukupi kebutuhan kinerja mesin. Suatu kondisi ideal terjadi bila dengan

jumlah bahan bakar yang normal, mesin telah mendapat energi yang cukup. Nilai

kalor suatu bahan bakar menunjukkan seberapa besar energi yang terkandung

didalamnya. Nilai kalor ethanol sekitar 67% nilai kalor bensin, hal ini karena

adanya oksigen dalam struktur ethanol. Berarti untuk mendapatkan energi yang

(47)

etanol juga mengakibatkan campuran menjadi lebih miskin atau jika dibandingkan

dengan bensin, sehingga campuran harus dibuat lebih kaya untuk mendapatkan

unjuk kerja yang diinginkan. Nilai oktan yang tinggi tidak memberikan tenaga

yang lebih terhadap performa mesin. Bisa saja bahan bakar dengan nilai oktan

yang tinggi, namun tenaga yang dihasilkan tetap kurang. Hal ini karena bukan

nilai oktan yang memberikan energi, melainkan nilai kalor. Kalor yang

terkompresi sempurna akan menghasilkan energi maksimal, yang akan

mendorong piston lebih kuat sehingga memberikan performa terbaik. (Wikipedia,

2010)

2.9.3 Volatility

Volatility suatu bahan bakar menunjukkan kemampuanya untuk menguap. Sifat ini penting, karena jika bahan bakar tidak cepat menguap maka bahan bakar

akan sulit tercampur dengan udara pada saat terjadi pembakaran. Zat yang sulit

menguap tidak dapat digunakan sebagai bahan bakar mesin, meskipun memiliki

nilai kalor yang besar. Namun demikian bahan bakar yang terlalu mudah menguap

juga berbahaya karena mudah terbakar. (Jurnaldinamis vol II, 2009)

Keekonomisan suatu bahan bakar secara langsung tergantung dari seberapa

kaya campuran udara bahan bakarnya dan hal ini tergantung dari seberapa ukuran

main jet pada karburator. Ethanol memerlukan campuran yang lebih kaya dari

pada bensin, tetapi karena bilangan oktanya yang lebih tinggi maka pembakaran

etanol lebih efisien. Untuk mengetahiu secara detail tingkat keekonomisan ethanol

jika dibandingkan dengan bensin tentunya diperlukan kajian dan penelitian lebih

mendalam. (Jurnaldinamis vol II, 2009)

2.9.4 Titik Nyala (Flash Point)

Titik nyala adalah suatu angka yang menyatakan suhu terendah dari bahan

bakar minyak dimana akan timbul penyalaan api sesaat, apabila pada permukaan

minyak didekatkan pada nyala api. Titik nyala ini diperlukan sehubungan dengan

adanya pertimbangan-pertimbangan mengenai keamanan dari penimbunan

(48)

nyala tidak mempunyai pengaruh yang besar dalam persyaratan pemakaian bahan

bakar minyak untuk mesin diesel atau ketel uap. (Wikipedia, 2010)

2.10 Emisi Gas Buang

Emisi gas buang didefinisikan sebagai zat atau unsur dari pembakaran di

dalam ruang bakar yang dilepas ke udara yang ditimbulkan oleh kendaraan

bermotor. Pembakaran di ruang bakar yang tidak sempurna menyebabkan emisi

yang bersifat polutan, seperti HC, CO, NOx, Pb SOx, dan lainnya. (Akbar, 2011)

2.10.1 Carbon Monoksida (CO)

Gas karbon monoksida adalah gas yang relative tidak stabil dan cenderung

bereaksi dengan unsur lain. Karbon monoksida, dapat diubah dengan mudah

menjadi CO2 dengan bantuan sedikit oksigen dan panas. Gas CO bersifat racun, dapat menimbulkan rasa sakit pada mata, saluran pernafasan, dan paru-paru.

(Akbar, 2011)

2.10.2 Nitrogen Oksida (NOx)

Senyawa NOx adalah ikatan kimia antara unsur nitrogen dan oksigen.

Dalam kondisi normal atmosphere, nitrogen adalah gas inert yang amat stabil

yang tidak akan berikatan dengan unsur lain. Senyawa NOx ini sangat tidak stabil

dan bila terlepas ke udara bebas, akan bereaksi dengan oksigen untuk membentuk

NO2. Inilah yang amat berbahaya karena senyawa ini amat beracun dan bila terkena air akan membentuk asam nitrat. (Akbar, 2011)

2.10.3 Karbon Dioksida (CO2)

Konsentrasi CO2 menunjukkan secara langsung status proses pembakaran di ruang bakar. Semakin tinggi maka semakin baik. (Akbar, 2011)

2.10.4 Oksigen (O2)

Konsentrasi dari oksigen di gas buang kendaraan berbanding terbalik

dengan konsentrasi CO2. Untuk mendapatkan proses pembakaran yang sempurna, maka kadar oksigen yang masuk ke ruang bakar harus mencukupi untuk setiap

(49)

2.10.5 Hidrokarbon (HC)

Bensin adalah senyawa hidrokarbon, jadi setiap HC yang didapat di gas

buang kendaraan menunjukkan adanya bensin yang tidak terbakar dan terbuang

bersama sisa pembakaran. Apabila suatu senyawa hidrokarbon terbakar sempurna

(bereaksi dengan oksigen) maka hasil reaksi pembakaran tersebut adalah

karbondioksida (CO2) dan air (H2O). Walaupun rasio perbandingan antara udara dan bensin AFR (Air to Fuel Ratio) sudah tepat dan didukung oleh desain ruang bakar mesin saat ini yang sudah mendekati ideal, proses pembakaran dan

menyebabkan emisi HC pada ujung knalpot cukup tinggi. (Akbar, 2011)

2.11 Rasio Bensin Ethanol

Rasio bensin ethanol dilakukan untuk mengurangi ketergantungan pada

bensin yang diyakni bakal habis tambang. Ethanol mengandung 35% oksigen,

sehingga meningkatkan efisiensi pembakaran dan dapat menaikan angka oktan.

ethanol juga bisa terurai sehingga mengurangi emisi gas buang.

Untuk memudahkan mengtahui persentase campuran bensin dengan bioethnol, maka diberi kode Bio (karena mengadung campuran bioethnol ) dan

nilai persentase ethnol pada campuran tersebut. Campuran ethol 5% dan bensin % diberi nama Bio5, ethnol 10% dan besin 90% diberi nama Bio 10 dan seterusnya.

(Wikipedia, 2010)

2.12 Parameter Petunjuk Perhitungan 2.12.1 Torsi (T)

Torsi adalah indikator baik dari ketersedian mesin untuk kerja. Torsi

didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada jarak momen dan apabila

dihubungkan dengan kerja dapat ditunjukan. (Heywood, 1988).

2.12.2 Daya (P)

(50)

didefinisikan sebagai laju kerja mesin, ditunjukkan dengan persamaan

(Heywood,1988). Dalam hal ini daya secara normal diukur dalam kW, tetapi

satuan HP masih digunakan juga, dimana :

1HP = 0,7457 kW

1 kW = 1,341 HP

2.12.3 Konsumsi Bahan Bakar

Konsumsi bahan bakar spesifik adalah pemakaian bahan bakar yang terpakai perjam untuk setiap daya yang dihasilkan pada motor bakar. Konsumsi bahan bakar spesifik didefinisikan dengan persamaan (Arismunandar, 2002) :

SFC =

mf P (

kg

kWh) ...

(2.1)

Dengan

mf = Laju aliran bahan bakar masuk mesin

mf =

b t .

3600

1000. ρbb(

kg jam)

b = volume buret yang dipakai dalam pengujian (cc)

t = waktu yang diperlukan untuk pengosongan buret dalam detik (s)

Ρbb = massa jenis bahan bakar

Ρbensin = 0.74 kg/I

(51)

Jenis penelitiannya adalah tentang perbandingan premium-ethanol dengan pertamax plus murni untuk mengetahui torsi daya, emisi gas buang dan konsumsi bahan bakar untuk motor 225 cc.

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian

Tempat penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Laboratorium Teknik Mesin, Universitas Muhammadyah Yogyakarta 2. Workshop Teknik Mesin, Universitas Negeri Yogyakarta

3. Hendriansyah Moto tech Yogyakarta

3.3 Bahan dan Alat Penelitian

3.3.1 Bahan-bahan dalam Penelitian

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah, Bahan Bakar 1. Premium

2. Pertamax plus murni 3. Ethanol

3.3.2 Alat-alat dalam Penelitian

Alat-alat pendukung yang digunakan dalam pengambilan data, sebagai berikut :

1. Computer

Computer berfungsi sebagai akuisasi dari data Dynotes

Gambar 3.1. Computer

2. StopWatch

StopWatch adalah alat menghitung waktu. Sekaligus menghitung konsumsi bahan bakar.

(52)

Gambar 3.2. StopWatch

3. Thermometer

Thermometer alat untuk mengukur suhu

Gambar 3.3. Thermometer

4. Gas Analyzer

Gas Analyzer adalah Suatu peralatan instrumentasi yang digunakan

untuk mengukur komposisi dan proporsi dari suatu campuran gas.

Gambar 3.4. Gas Analyzer

5. Dynamometer

(53)

Gambar 3.5. Dynamometer

6. Tachometer

Tachometer berfungsi sebagai untuk mengukur putaran mesin

Gambar 3.6. Tachometer

7. Burret

Buret ukur adalah alat yang digunakan untuk mengukur volume bahan bakar

Gambar 3.7. Burret

8. Gelas Ukur

(54)

Gambar 3.8. Gelas Ukur

3.3.3 Spesifikasi Mesin Penelitian

Mesin yang digunakan untuk penelitian ini adalah sepeda motor bensin 4 langkah dengan sepeda motor Scorpio Z 225 cc, berikut ini spesifikasi dari mesin penelitin :

 Jenis kendaraan : Yamaha Scorpio Z 225 cc

 Tipe Mesin : 4 Langkah, 2 Valve SOHC, Berpendingin Udara

 Jumlah / Posisi Silinder : Cylinder Tunggal / Tegak

 Volume Silinder : 223 cm

 Diameter x Langkah : 70,0 mm × 58,0 mm

 Rasio Kompresi : 9,5 : 1

 Daya Maksimum : 13.40 kW / 8000 rpm ( STD )  Torsi Maksimum : 17.5 Nm / 6500 rpm ( STD )  Sistem Starter : Electric Starter dan Kick Starter

 Sistem Pelumasan : Basah

 Kapasitas Oli Mesin : Total : 1,4 Liter / Penggantian Berkala : 1,2 Liter

 Sistim Bahan Bakar : Karburator BS30 x 1

 Tipe Kopling : Basah, Kopling Manual, Multiplat  Tipe Transmisi : Return, 5 Kecepatan

 Pola Pengoperasian Transmisi : 5 Kecepatan ( N – 1 – 2 – 3 – 4 – 5 )