RE-ENGINE MOTOR OTTO SILINDER TUNGGAL DENGAN BAHAN BAKAR ETHANOL (E-100)
TUGAS AKHIR
Diajukan Kepada
Universitas Muhammadiyah Malang Untuk memenuhi syarat memeperoleh gelar
Sarjana (S-1) Teknik Mesin
Disusun Oleh:
DANANG SETYO OETOMO 2011 1012 0311 151
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, atas karunia dan ridlo-Nya maka skripsi dengan judul “Re-Engine Motor Otto Silinder Tunggal Dangan Bahan Bakar Ethanol E-100” ini dapat diselesaikan.
Dengan kesadaran penuh, penulis merasa dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunan skripsi ini masih banyak kekurangan, sehingga dengan tangan terbuka penulis menerima kritik dan saran untuk dapat memperbaiki riset terkait dimasa yang akan datang.
Akhirnya pada kesempatan ini penulis memberikan apresiasi dan ucapan terimakasih kepada pihak-pihak yang telah membantu penelitian dan penyusunan skripsi ini utamanya kepada:
1. Ibu-Bapak: Ibu Nenny, Bapak Atim atas do’a dan dukungan semangat yang telah diberikan selama penulis menyelesaikan studi.
2. Bapak Budiono, S.Si,.MT. selaku Dosen Pembimbing 1 dan juga partner atas perhatian, bimbingan, saran dan arahanya.
3. Bapak Ir. Sudarman, MT. selaku dosen pembimbing 2 atas saran dan arahanya. 4. Bapak Drs. Jufri, S.T., MT dan Ibu Iis, S.T, MT, Ph.D selaku Pembina
Mekatronika yang telah memberikan banyak motivasi.
5. Anggota Mekatronika, Tim Bismillah Proto, Tim Genetro Suryo atas sumbangsih tenaga, ide dan pemikiran nya.
6. Dan, semua pihak yang tidak mungkin saya sebutkan satu persatu.
Malang, 22 Januari 2016
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN ...ii
LEMBAR KONSULTASI ... iii
LEMBAR PERNYATAAN ... iv
ABSTRAK ... v
KATA PENGANTAR ... vi
DAFTAR ISI... vii
DAFTAR GAMBAR ...viii
1. BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah... 3
1.3 Cakupan Penelitian dan Batasan Masalah ... 4
1.4 Tujuan Penelitian ... 4
1.5 Manfaat Penelitian ... 4
1.6 Sistematika Penulisan ... 4
2. BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1 Pengenalan Motor Bakar ... 6
2.2 Sistem Pembakaran ... 6
2.3 Prinsip Kerja Motor Bakar Otto Empat Langkah ... 7
2.4 Siklus Ideal Otto ... 9
2.5 Siklus Aktual ... 12
2.6 Parameter Unjuk Kerja Motor Otto E-100 ... 14
2.6.1 Daya... 14
2.6.2 Torsi ... 14
2.6.3 Pemakaian Bahan Bakar Spesifik ... 14
2.6.4 Efisiensi Termis ... 15
2.7 Angka Oktana ... 15
2.8 Nilai Kalor Bahan Bakar ... 15
2.9 Bahan Bakar Ethanol ... 16
2.10 Kemurnian Ethanol dan Toleransi Air Dalam Ethanol ... 16
3. BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 18
3.2.1 Ethanol ... 18
3.2.2 Motor Uji ... 18
3.3 Peralatan Pengujian ... 19
3.3.1 Tachometer ... 19
3.3.2 Pengatur Bukaan Throttle ... 19
3.3.3 Neraca ... 19
3.3.4 Buret ... 20
3.3.5 Tabung Bahan Bakar ... 21
3.3.6 Stop Watch ... 21
3.3.7 Gas Analyzer ... 22
3.3.8 Tools ... 22
3.4 Tahap Proses Pengerjaan ... 23
3.4.1 Studi Literatur Mengenai Peningkatan Kompresi ... 23
3.4.2 Perhitungan Temperatur dan Tekanan ... 23
3.4.3 Modifikasi Rasio Kompresi dan Dual Spark Plug ... 23
3.5 Metode Pengolahan Data... 24
3.6 Skema Instalasi Pengujian ... 25
3.7 Parameter dan Tahap Pengujian ... 25
3.8 Prosedur Pengujian ... 25
3.8.1 Pengujian Performansi Motor ... 25
3.8.2 Pengujian Konsumsi Bahan Bakar ... 26
3.8.3 Pengujian Emisi Gas Buang ... 26
3.9 Diagram Alir Pengerjaan ... 27
4. BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengujian Performansi Engine ... 29
4.1.1 Torsi Engine ... 29
4.1.2 Daya Engine ... 30
4.1.3 Konsumsi Bahan Bakar Engine ... 31
4.2 Pengujian Emisi Gas Buang ... 34
5. BAB V KESIMPULAN 5.1Kesimpulan ... 37
5.2Saran ... 37
DAFTAR PUSTAKA ... 38
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Langkah proses intake dalam siklus otto 4 langkah ... 7
Gambar 2.2 Langkah proses kompresi dalam siklus otto 4 langkah ... 7
Gambar 2.3 Langkah proses pembakaran dalam siklus otto 4 langkah ... 8
Gambar 2.4 Langkah proses pembuangan dalam siklus otto 4 langkah ... 9
Gambar 2.5 Diagram Tekanan vs. Volume pada siklus ideal otto ... 10
Gambar 2.6 Diagram Tekanan vs. Volume pada siklus actual otto ... 13
Gambar 2.7 Diagram Suhu vs. Entropi pada siklus otto ... 13
Gambar 2.8 Tabel perbandingan sifat-sifat bahan bakar ... 17
Gambar 3.1 Bahan bakar ethanol ... 18
Gambar 3.2 Engine Yamaha LM-5 ... 18
Gambar 3.3 Tachometer ... 19
Gambar 3.4 Neraca digital ... 20
Gambar 3.5 burret ... 20
Gambar 3.6 Tabung bahan bakar ... 21
Gambar 3.7 Stopwatch ... 21
Gambar 3.8 Gas analyzer ... 21
Gambar 3.9 Tools ... 21
Gambar 3.10 Piston ... 24
Gambar 3.11 Combustion chamber ... 24
Gambar 3.12 Skema pengujian ... 25
Gambar 4.1 Tabulasi data torsi ... 30
Gambar 4.2 Tabulasi data daya ... 31
Gambar 4.3 Grafik Daya vs. Putaran engine ... 31
Gambar 4.4 Tabulasi data konsumsi bahan bakar engine ... 32
Daftar Pustaka
Taryono. (2006). Teknologi Budidaya Jarak Pagar (Jatropha Curcas) : Suatu Kajian Pustaka, Makalah Seminar Nasional UGM, 19-20 Desember 2006.
Bambang Sulistiyo, Jayan Sentanuhady, Adhi Susanto. (2009). Pemanfaatan Etanol sebagai Octane Improver Bahan Bakar bensin Pada Sistem Bahan Bakar Injeksi Sepeda Motor 4 Langkah 1 Silinder. : Proceeding Thermofluid Seminar Nasional 2009.
Atok Setiyawan. (2012). Kajian Eksperimental Pengaruh Ethanol Pada Premium Terhadap Karakteristik Pembakaran Kondisi Atmosferik Dan Bertakanan Di Motor Otto Silnder Tunggal Sistem Injeksi. : Desertasi Universitas Indonesia.
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Sumber energi dapat diperoleh dari berbagai macam sumber, baik sumber
energi yang terbarukan (renewable erergy) ataupun tidak terbarukan
(unrenewable energy). Pemenuhan sumber energi untuk transportasi di
Indonesia sepenuhnya ditopang dari sumber energy bahan bakar fosil yaitu
premium, pertamax, pertamax-plus, solar (minyak diesel) yang bersifat tidak
terbarukan dan lama kalamaan seiring dengan bertambahnya kendaraan
bermotor akan berkolerasi terhadap peningkatan konsumsi sehingga
ketersediaan sumber bahan bakar ini akan habis. Cadangan minyak bumi
nasional apabila tidak ditemukan sumur baru memlalui eksplorasi
diperkirakan akan habis dalam kurun waktu 10-15 tahun mendatang, sehingga
pencarian sumber energi baru merupakan suatu keharusan (Taryono, 2006).
Faktor lain yang menjadi masalah dengan tingginya jumlah kendaraan dan
tingkat konsumsi bahan bakar adalah timbulnya efek polutan dari hasil
pembakaran bahan bakar kendaraan tersebut. Polusi akibat emisi gas buang
hasil pembakaran bahan bakar fosil pada kendaraan mempunyai dampak
buruk terhadap kesehatan manusia dan lingkungan. Emisi gas buang hasil
pembakaran kendaraan bermotor yang berupa karbondioksida (CO2),
karbonmonoksida (CO), oksida nitrogen (NOX) hidrokarbon yang tidak
terbakar, serta unsur metalik seperti timbal (Pb), menjadi perhatian serius
karena dampak kinerja gas tersebut yang dapat menurunkan tingkat kesehatan
dan keselamatan kehidupan manusia. Di Indonesia kurang lebih 70%
pencemaran udara disebabkan oleh emisi kendaraan bermotor. Kendaraan
bermotor mengeluarkan zat-zat berbahya yang dapat menimbulkan dampak
negatif, terhadap kesehatan manisia maupun terhadap lingkungan, seperti
timbal/timah hitam (Pb), suspended particulate matter (SPM), oksida nitrogen
(NOx), hidrokarbon (HC), karbonmonoksida (CO), dan oksida fotokimia
(Ox). Kendaraan bermotor menyumbang hamper 100% timbal, 13-14%
2
NOx dan karbon monoksida (CO) hamper seluruhnya (Bambang
Sulistiyo, 2009).
Permasalahan utama di saat ini adalah perlahannya peningkatan suhu
bumi, atau yang sering kitas sebut dengan istilah Global Warming. Kenaikan
yang konstan dari suhu bumi inilah yang menyebabkan terjadinya beberapa
bencana besar dalam beberapa dekade ini, seperti melelehnya es di
kutub-kutub bumi, hilangnya pulau akibat naiknya permukaan air laut. Hal yang
turut mempercepat fenomena tersebut adalah emisi gas rumah kaca, seperti
karbon dioksida dan metana, keduanya secara umum banyak dihasilkan oleh
pembakaran bahan bakar fosil, salah satu penggunaanya adalah pada bahan
bakar yang biasa kita gunakan untuk kendaraan kita sehari-hari. Dari
akumulasi gas tersebut terbentuk suatu lapisan di atmosfer bumi kita dan
lapisan itulah yang disebut efek rumah kaca (green house effect).
Mengembangkan sumber energi alternatif yang bersih dan dapat terbarukan
adalah salah satu solusi dari permasalahan diatas. Penggunaan energy non
fosil dalam dunia otomotif saat ini dianggap mampu untuk mengatasi masalah
lingkungan dan krisis energi.
Penurunan emisi gas buang adalah dengan cara mengembangkan bahan
bakar alternative ramah lingkungan. Penggunaan bahan bakar rendah emisi
seperti methanol dan ethanol. Bahan bakar beroksigenat ini mempunyai
keuntungan dalam emisi rendah yang dihasilkan. Bahan bakar jenis ini banyak
digunakan sebagai aditif yang berfungsi sebagai upaya memperbaiki kualitas
bahan bakar dalam menaikkan angka oktan sehingga mesin terhindar dari
gejala detonasi.
Senyawa oksigenat yang mempunyai keunggulan angka oktan tinggi dan
selama ini digunakan sebagai aditif bahan bakar bensin adalah ethanol.
Ethanol merupakan golongan alkohol bersifat inkompresibel yang dapat
digunakan sebagai bahan bakar. Bahan bakar bensin dan ethanol berdasarkan
uji coba oleh BPPT Serpong pada perbandingan 9:1 dapat dioperasikan pada
teknologi kendaraan bermotor bensin tanpa memodifikasi mesin dan tidak
3
Namun ethanol yang bersifat polar sehingga kurang baik bila bercampur
dengan bahan bakar bensin yang bersifat non polar. Ethanol dapat
dicampurkan dalam bentuk uap sebelum masuk kedalam ruang bakar.
Sehingga diperlukan suatu sistem pengabutan yang baik untuk aplikasinya
(Jayan Sentanuhady, 2009).
Ethanol merupakan bahan bakar alternatif non fosil yang dapat diperbarui
serta raham lingkungan. Ethanol adalah salah satu bahan bakar alternatif (yang
dapat diperbarui) yang ramah lingkungan yang menghasilkan gas emisi
karbon yang lebih rendah dibandingkan dengan bensin atau sejenisnya
(sampai 85% lebih rendah). Pada dasarnya ethanol dibuat dari jagung atau
hasil perkebunan lainya dan sampai saat ini belum ada kendaraan (vehicles)
yang didesain khusus untuk dapat menggunakan ethanol 100%. Untuk saat ini
penggunaan ethanol pada kendaraan biasanya menggunakan 2 jenis Ethanol
yaitu Ethanol 10 (E10) yang merupakan campuran antara 10% Ethanol dan
90% bahan bakar bensin dan Ethanol 85 (E85) yang merupakan campuran
85% Ethanol dan 15% bahan bakar bensin. Kendaraan yang bisa
menggunakan jenis E85 ini adalah kendaraan yang sudah mempunyai
sertifikasi Flex-fuel Vehicles (FFV) yang dikeluarkan oleh produsen mobil
tersebut. Penggunaan Ethanol jelas lebih menguntungkan karena lebih ramah
lingkungan dan bahan bakar alternatif yang satu ini dapat terbarukan
(renewable energy).
1.2Perumusan Masalah
Berdasarkan pada latar belankang yang talah dikemukakan diatas, maka
dapat ditarik rumusan masalah sebagai berikut :
a. Dengan semakin banyaknya jumlah kendaraan dan tingkat konsumsi
bahan bakar adalah timbulnya efek polutan dari hasil pembakaran yang
akan mencemari lingkungan.
b. Menipisnya bahan bakar fosil untuk kendaraan (alat transportasi),
sehingga dibutuhkan bahan bakar alternatif yang dapat diperbarui
(renewable) untuk menenggantikan bahan bakar fosil.
4
1.3Cakupan Penelitian dan Batasan Masalah
Mengingat cakupan penelitian cukup luas, maka perlu dilakukan
batasan-batasan dalam penelitian sebagai berikut:
a. Ethanol yang digunakan dalam penelitian adalah ethanol yang
mempunyai kemurnian lebih besar dari 94%.
b. Tidak membahas mengenai proses pembuatan ethanol dan reaksi
kimianya.
c. Mesin yang digunakan dalam penelitian adalah motor otto satu silinder
dengan kapasitas 110cc dengan sistem karburasi.
d. Hanya memodifikasi beberapa komponen dari mesin standart pabrikan
agar mampu dioperasikan dengan komposisi bahan bakar 100% ethanol
(E-100).
e. Batasan-batasan (asumsi) yang lain ditentukan pada saat pengujian.
1.4Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian adalah antara lain sebagai berikut:
a. Untuk mengetahui sumber energi alternatif terbarukan sebagai
pengganti bahan bakar fosil.
b. Mengurangi efek polutan yang ditimbulkan dari hasil pembakaran
bahan bakar fosil.
c. Melakukan pemodifikasian dan pengujian mesin dari bahan bakar
premium menjadi bahan bakar ethanol dengan prosentase tinggi ethanol
100% (E-100).
1.5Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian yang diharapkan adalah antara lain sebagai berikut:
a. Sebagai media pemahaman penggunaan ethanol komposisi 100%
(E-100).
b. Sebagai acuan rancang bangun atau modifikasi mesin otto berbahan
bakar ethanol komposisi 100% (E-100).
1.6Sistematika Penenulisan
Penulisan tugas akhir ini terdiri atas 5 bab, daftar pustaka dan
5
Bab 1 Pendahuluan. Menjelaskan pendahuluan tentang studi kasus dan
pemecahan masalah yang berisi antara lain latar belakang, perumusan
masalah, cakupan penelitian dan batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat
penelitian, sistematika penulisan.
Bab 2 Tinjauan Pustaka dan Landasan Teori. Merupakan dasar teori dan
studi literatur yang mendasari penelitian ini. Tinjauan pustaka meliputi review
dari penelitian yang telah dilakukan yang berkaitan dengan penelitian ini.
Landasan teori berisi tentang rumus dasar serta konstanta dan
variable-variable pengaruh yang dipakai dalam pengolahan data penelitian ini.
Bab 3 Metode Penelitian. Berisi kerangka pemikiran dan langkah yang
dilakukan untuk mengidentifikasi permasalahan, beserta variable yang akan
diukur dan perlengkapan pengujian tersebut. Meliputi waktu dan tempat
penelitian, peralatan pengujian, bahan pengujian dan prosedur pengujian.
Bab 4 Hasil dan Pembahasan. Berisi tentang data hasil pengujian pada
motor otto E-100 serta analisa, evaluasi dan pembahasan yang diperlukan
dalam penelitian.
Bab 5 Kesimpulan dan Saran. Berisi kesimpulan yang telah didapat dari
hasil penelitian yang telah dilakukan. Dan saran mengenai penyempurnaan
hasil penelitian untuk generasi selanjutnya.
Daftar Pustaka. Berisi sumber yang digunakan sebagai referansi dalam
penelitian ini baik dalam bentuk buku, jurnal dan paper.
Lampiran. Berisi data-data dalam bentuk tabel dan grafik sebagai pendukung
