UJI PERFORMANSI MESIN OTTO SATU SILINDER
DENGAN BAHAN BAKAR PREMIUM DAN
PERTAMAX PLUS
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
RIO ARINEDO SEMBIRING
NIM. 080401033
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa karena atas
rahmat dan karunia-Nya lah penulis akhirnya dapat menyelesaikan skripsi ini
dengan judul “UJI PERFORMANSI MESIN OTTO SATU SILINDER DENGAN
BAHAN BAKAR PREMIUM DAN PERTAMAX PLUS”.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan pendidikan
Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub Bidang Konversi Energi,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi
penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa dan bantuan baik materiil, moril,
maupun semangat dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk
itu sebagai manusia yang harus tahu berterima kasih, degan penuh ketulusan hati
penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Dr. Eng Himsar Ambarita, ST, MT selaku dosen pembimbing, yang
dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada
penulis.
2. Bapak Ir. M. Syahril Gultom MT dan Tulus B. Sitorus, ST, MT selaku dosen
pembanding I dan II yang telah memberikan masukan dan saran dalam
menyelesaikan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom MT. Selaku Sekretaris Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
5. Kedua orang tua penulis, P. Sembiring dan L. Gurusinga yang tidak pernah
purus-putusnya memberikan dukungan, doa serta kasih sayangnya yang tak
terhingga kepada penulis.
6. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin yang
telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis
kuliah.
7. Kakak penulis Y.F. Sembiring yang selalu membantu demi mencapai
8. Rekan-rekan satu tim kerja, Hotlan Nababan, Robertus Simanungkalit, dan
Sepvinolist Tulus Pardede yang telah bersama-sama untuk menyelesaikan
skripsi ini.
9. Teman-teman seperjuangan dari Tim HORAS seperti Munawir R. Siregar,
Nehemia Sembiring, Sepvinolist T. Pardede, Fernando B. Siagian, Irham
Fadillah, Ekawira Napitupulu, Hotlan Nababan, Ary Fadila, Sony A.
Sembiring, Robertus Simanungkalit, Zulfadhli, Ramadhan, dan Putra
Setiawan,
10. Rekan-rekan mahasiswa 2008 yang tidak mungkin disebutkan satu-persatu,
para abang senior dan adik-adik junior semua yang telah mendukung dan
memberi semangat kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan kekeliruan dalam
penulisan skripsi ini. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan
dengan senang hati menerima saran dan kritik yang membangun demi tercapainya
tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat
memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih.
Medan, 15 Februari 2013
ABSTRAK
Pengujian secara langsung adalah cara paling efektif untuk mengetahui performa
sebuah mesin, dalam hal ini mesin otto empat langkah berkapasitas 109,1 cc diuji
menggunakan hidrolik dinamometer dengan variasi bahan bakar premium dan
pertamax plus. Untuk kecepatan dan beban yang sama maka bahan bakar
premium lebih effisien, dimana effisiensi termalnya dapat mencapai 37,27%
dengan ketidakpastian ±1,92% ,sedangkan emisi gas buang pertamax plus
menghasilkan emisi yang lebih tinggi, untuk emisi karbon monoksida (CO)
meningkat 13,51%, emisi karbon dioksida (CO2) meningkat 13,73% dan oksigen
(O2)meningkat sebesar 0,68%.
ABSTRACT
Direct testing is the most effective way to determine the performance of a engine,
in this case otto engine capacity of 109.1 cc four stroke hydraulic dynamometer
tested using a variety of premium fuel and pertamax plus. For the same speed and
load the premium fuel more efficiently, which can achieve a thermal efficiency of
37.27% with ±1,92% uncertainty while the exhaust emissions pertamax plus
produce higher emissions, for emissions of carbon monoxide (CO) increased
13.51%, carbon dioxide emissions (CO2) increased 13.73% and oxygen (O2)
increased by 0.68%.
DAFTAR ISI
1.5 Sistematika Penulisan ... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.2. Dinamometer ... 18
2.3. Performansi Motor Bakar ... 18
2.3.1 Torsi dan Daya ... 18
2.3.2. Perbandingan Udara Bahan Bakar (AFR) ... 20
2.3.3. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 21
2.3.4. Effisiensi Mesin ... 21
2.4. Lomba Kendaraan Hemat Energi ... 24
BAB III METODOLOGI PENGUJIAN ... 26
3.1. Waktu dan Tempat ... 26
3.2. Bahan Pengujian ... 26
3.3. Alat Pengujian ... 27
3.4. Prosedur Pengujian ... 35
3.5. Bagan Alir Pengerjaan ... 37
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 38
4.1. Pengujian Performansi. ... 38
4.1.1 Torsi ... 38
4.1.2 Daya ... 40
4.1.3 Perbandingan Udara dengan Bahan Bakar (AFR). ... 43
4.1.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC). ... 46
4.1.5. Effisiensi Termal. ... 48
4.2. Pengujian Emisi Gas Buang. ... 51
4.2.1 Kadar Karbon Monoksida (CO) dalam Gas Buang.. ... 51
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Standar Stoikometeri Beberapa Bahan Bakar ... 34
Tabel 3.2. Format Pengujian Kecepatan Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan
Bakar Premium dan Pertamax Plus ... 35
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Torsi Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar
Premium dan Pertamax Plus. ... 38
Tabel 4.2. Perbandingan Persen Galat Torsi Terhadap Putaran Dengan Variasi
Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. ... 39
Tabel 4.3. Hasil Perhitungan Daya Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan
Bakar Premium dan Pertamax Plus. ... 41
Tabel 4.4. Perbandingan Persen Galat Daya Terhadap Putaran Dengan Variasi
Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. ... 42
Tabel 4.5. Hasil Pengujian AFR Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar
Premium dan Pertamax Plus. ... 43
Tabel 4.6. Perbandingan Persen Galat AFR Terhadap Putaran Dengan Variasi
Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. ... 44
Tabel 4.7. Hasil Perhitungan SFC Terhadap Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar
Premium dan Pertamax Plus. ... 46
Tabel 4.8. Perbandingan Persen Galat SFC Terhadap Putaran Dengan Variasi
Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus ... 47
Tabel 4.9. Hasil Perhitungan Effisiensi Termal Terhadap Putaran Dengan Variasi
Bahan Bakar Premium dan Pertamax Plus. ... 49
Tabel 4.10. Perbandingan Persen Galat Effisiensi Termal Terhadap Putaran
Tabel 4.11. Hasil Pengujian Kadar Karbon Monoksida (CO) Terhadap Putaran
Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. ... 52
Tabel 4.12. Perbandingan Persen Kadar Karbon Monoksida (CO) Terhadap
Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus ... 53
Tabel 4.13. Hasil Pengujian Kadar Karbon Dioksida (CO2
Tabel 4.14. Perbandingan Persen Galat Kadar Karbon Dioksida (CO
) Terhadap Putaran
Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. ... 54
2
Tabel 4.15. Hasil Pengujian Kadar Oksigen (O
) Terhadap
Putaran Dengan Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus ... 55
2
Tabel 4.16. Perbandingan Persen Galat Kadar Oksigen (O
) Terhadap Putaran Dengan
Variasi Bahan Bakar Premium Dan Pertamax Plus. ... 57
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Diagram P-v Mesin Diesel Aktual dan Ideal ... 5
Gambar 2.2. Diagram T-s Mesin Diesel ... 6
Gambar 2.3. Langkah Kerja Mesin Diesel ... 7
Gambar 2.4. Diagram P-v Mesin Otto Aktual dan Ideal ... 8
Gambar 2.5. Diagram T-S Mesin Otto ... 9
Gambar 2.6. Mesin Otto 2 Langkah ... 10
Gambar 2.7. Langkah Kerja Mesin Otto 2 Langkah ... 11
Gambar 2.8. Mesin Otto 4 Langkah ... 12
Gambar 2.9. Langkah Hisap Mesin Otto 4 Langkah ... 13
Gambar 2.10. Langkah Kompresi Mesin Otto 4 Langkah ... 13
Gambar 2.11. Langkah Usaha Mesin Otto 4 Langkah ... 14
Gambar 2.12. Langkah Buang Mesin Otto 4 Langkah ... 14
Gambar 2.13. Mesin Wankel ... 17
Gambar 2.14. Water Brake Dynamometer Operation Theory ... 18
Gambar 2.15. Daya dan Torsi Sebagai Fungsi Putaran ... 19
Gambar 3.1. Mesin “MESIN USU” ... 26
Gambar 3.2. Bahan Bakar Premium ... 27
Gambar 3.3. Bahan Bakar Pertamax Plus ... 28
Gambar 3.4. Speedometer ... 29
Gambar 3.6. Water Brake Dynamometer ... 30
Gambar 3.7. Timbangan Digital ... 31
Gambar 3.8. Timbangan Analog ... 31
Gambar 3.9. Alat Uji Emisi Gas Buang Kendaraan ... 32
Gambar 3.10. AFR Meter ... 33
Gambar 3.11. Toolbox ... 35
Gambar 3.12. Bagan Alir Prosedur Pengerjaan.... ... 37
Gambar 4.1. Grafik Torsi vs Putaran Mesin ... 40
Gambar 4.3. Grafik Daya vs Putaran Mesin ... 42
Gambar 4.5. Grafik AFR vs Putaran Mesin ... 45
Gambar 4.7. Grafik SFC vs Putaran Mesin ... 48
Gambar 4.9. Effisiensi Termal vs Putaran Mesin ... 50
Gambar 4.11. Grafik Kadar CO vs Putaran Mesin ... 53
Gambar 4.13. Grafik Kadar CO2 Gambar 4.15. Grafik Kadar O vs Putaran Mesin ... 56
DAFTAR NOTASI
Notasi, symbol dan singkatan yang digunakan dalam laporan ini adalah
sebagai berikut :
AFR Perbandingan udara dengan bahan bakar
QHV Nilai kalor bahan bakar kJ/kg
Vd Volume langkah m
Massa udara kg/siklus
mf Massa bahan bakar kg/siklus
�̇� Laju aliran bahan bakar ke ruang bakar kg/sec
�̇� Laju aliran udara ke mesin kg/sec
ηt Effisiensi termal %
sfc Spesific fuel consumption gr/kWh
ηc Effisiensi pembakaran
ABSTRAK
Pengujian secara langsung adalah cara paling efektif untuk mengetahui performa
sebuah mesin, dalam hal ini mesin otto empat langkah berkapasitas 109,1 cc diuji
menggunakan hidrolik dinamometer dengan variasi bahan bakar premium dan
pertamax plus. Untuk kecepatan dan beban yang sama maka bahan bakar
premium lebih effisien, dimana effisiensi termalnya dapat mencapai 37,27%
dengan ketidakpastian ±1,92% ,sedangkan emisi gas buang pertamax plus
menghasilkan emisi yang lebih tinggi, untuk emisi karbon monoksida (CO)
meningkat 13,51%, emisi karbon dioksida (CO2) meningkat 13,73% dan oksigen
(O2)meningkat sebesar 0,68%.
ABSTRACT
Direct testing is the most effective way to determine the performance of a engine,
in this case otto engine capacity of 109.1 cc four stroke hydraulic dynamometer
tested using a variety of premium fuel and pertamax plus. For the same speed and
load the premium fuel more efficiently, which can achieve a thermal efficiency of
37.27% with ±1,92% uncertainty while the exhaust emissions pertamax plus
produce higher emissions, for emissions of carbon monoxide (CO) increased
13.51%, carbon dioxide emissions (CO2) increased 13.73% and oxygen (O2)
increased by 0.68%.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Motor bakar adalah mesin atau pesawat tenaga yang merupakan mesin
kalor dengan menggunakan energi panas untuk melakukan kerja mekanik dengan
merubah energi kimia dari bahan bakar menjadi energi panas (thermal) sehingga menghasilkan energi mekanik. Cara memperoleh energi thermal tersebut dari hasil
proses pembakaran bahan bakar di dalam mesin itu sendiri.
Bahan bakar memegang peranan penting dalam motor bakar, nilai kalor
yang terkandung didalamnya adalah nilai yang menyatakan jumlah energi panas
maksimum yang dibebaskan oleh suatu bahan bakar melalui reaksi pembakaran
sempurna persatuan massa atau volume bahan bakar tersebut.
Dewasa ini banyak sekali masalah yang timbul diakibatkan oleh cadangan
bahan bakar minyak yang terbatas dan harganya yang semakin melambung, oleh
karena itu belakangan ini juga sangat marak dilakukan riset dan penelitian dan
kegiatan – kegiatan yang berhubungan dengan penghematan bahan bakar. Salah
satu kegiatan yang mengundang banyak orang untuk melakukan penghematan
adalah Shell Eco-marathon, dimana kegiatan ini merupakan reguler tahunan yang
menantang tim mahasiswa dari seluruh dunia untuk merancang dan membangun
kendaraan yang paling hemat energi untuk bersaing dengan kendaraan tim lain,
dimana pemenangnya adalah kendaraan yang dapat bergerak dengan jarak terjauh
dengan menggunakan bahan bakar atau energi paling sedikit.
Penggunaan bahan bakar juga sangat variatif, pada kesempatan ini dalam
perancangannya mesin “MESIN USU” memilih untuk menggunakan bahan bakar
gasoline. Karena penggunaan bahan bakar gasoline yang umum di indonesia adalah premium yang bernilai RON 88 sedangkan pada kompetisi Shell
Eco-marathon Asia adalah RON 95 dan di Indonesia lebih dikenal dengan nama
pertamax plus. Dengan demikian perlu diadakannya pengujian performansi untuk
1.2 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut:
1. Membandingkan performansi dari mesin “MESIN USU” dengan
menggunakan bahan bakar premium dan pertamax plus.
2. Mengetahui emisi gas buang yang dihasilkan dari bahan bakar premium
dan pertamax plus.
1.3 Batasan Masalah
Untuk memberikan gambaran yang lebih jelas mengenai masalah yang
dikaji dalam penulisan skripsi, maka perlu kiranya diberikan batasan masalah
sebagai berikut :
1. Mesin yang digunakan adalah mesin sepeda motor Revo 109,1 cc
dengan kondisi standar.
2. Menggunakan bahan bakar premium dan pertamax plus.
3. Batasan-batasan (asumsi) yang lain ditentukan pada saat pengujian.
1.4 Manfaat
Adapun manfaat dari skripsi ini adalah :
1. Dapat mengetahui perbandingan performansi dari mesin “MESIN
USU” dengan menggunakan bahan bakar premium dan pertamax plus.
2. Dapat menjadi referensi untuk perbaikan-perbaikan mesin “MESIN
USU” berikutnya.
1.1. Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan pada tugas akhir ini adalah :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan pendahuluan tentang studi kasus dan pemecahan
masalah yang berisi antara lain : latar belakang, batasan masalah, tujuan
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi dasar teori dari topik yang dikaji dan digunakan sebagai
landasan dalam memecahkan masalah dan menganalisis permasalahan
tersebut meliputi penjelasan mengenai jenis-jenis motor bakar, performansi
motor bakar dan lomba kendaran hemat energi.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisi kerangka pemikiran dan langkah yang dilakukan untuk
mengidentifikasi permasalahan, beserta variabel-variabel yang akan diukur
dan perlengkapan pengujian tersebut meliputi waktu dan tempat penelitian,
peralatan pengujian, bahan pengujian dan prosedur pengujian.
BAB IV DATA DAN ANALISIS DATA
Bab ini berisi analisis dari data hasil pengujian dan permasalahan yang
terjadi pada perhitungan teoritis performansi motor bakar.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi kesimpulan dari analisa yang dilakukan terhadap
permasalahan dan saran mengenai penyempurnaan hasil penelitian untuk
generasi berikutnya.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Motor Bakar
Motor bakar adalah mesin atau pesawat tenaga yang merupakan mesin
kalor dengan menggunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik dengan
merubah energi kimia dari bahan bakar menjadi energi panas (thermal) sehingga menghasilkan energi mekanik. Cara memperoleh energi termal tersebut dari hasil
proses pembakaran bahan bakar di dalam mesin itu sendiri, maka dapat dibagi
menjadi 2 bagian dengan kelebihan masing-masing, yaitu:
1. Mesin Pembakaran Luar (External Combustion Engine) Contohnya :
a. Steam engine (mesin uap torak), panas pembakaran di dalam ruang bakar akan memanasi air yang kemudian menjadi uap sehingga uap
tersebut akan menggerakkan torak.
b. Turbin gas dan turbin uap
Kelebihannya:
1. Dapat digunakan bahan bakar berkualitas rendah baik bahan bakar
padat, cair maupun gas.
2. Kapasitas besar, seperti : pusat pembangkit tenaga listrik, pusat
pembangkit tenaga uap, dalam hal ini untuk penggerak turbin dan
proses produksi.
3. Pada umumnya tidak terdapat bagian yang bergerak translasi
bolak-balik sehingga getaran yang terjadi kecil.
2. Mesin Pembakaran Dalam (Internal Combustion Engine) Contohnya :
a. Motor bakar torak : mesin otto dengan penyalaan loncatan bunga api,
mesin diesel dengan penyalaan kompresi, mesin wankel dengan gerak
torak berputar (rotary).
Kelebihannya:
1. Sederhana/simple
3. Investasi awal lebih kecil.
4. Cocok untuk tenaga penggerak pada kendaraan.
2.1.1. Mesin Diesel
Mesin diesel adalah sej
sebua
Cara kerja mesin diesel ini adalah udara masuk ke dalam
mesin diesel dan dikompresi oleh
Atas (TMA) atau BTDC (Before Top Dead Center), bahan bakar diijeksikan ke
dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Hasil pencampuran ini menyala dan
membakar dengan cepat, ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang
pembakaran mengembang dengan cepat, mendorong piston ke bawah dan
menghasilkan tenaga linear. Siklus diesel (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan
dengan pemasukan panas pada tekanan konstan.
Gambar 2.1 Diagram P-v mesin diesel aktual dan ideal
Gambar 2.2 Diagram T-S Mesin Diesel
Keterangan Gambar :
T = Temperatur (K)
S = Entropi (kJ/kg.K)
qin
q
= Kalor yang masuk (kJ)
out = Kalor yang dibuang (kJ)
Keterangan siklus :
1-2 Kompresi Isentropik
2-3 Pemasukan Kalor pada Tekanan Konstan
3-4 Ekspansi Isentropik
4-1 Pengeluaran Kalor pada Tekanan Konstan
Mesin diesel dikategorikan dalam motor bakar torak dan mesin
pembakaran dalam (internal combustion engine). Prinsip kerja mesin diesel adalah merubah energi kimia yang terdapat dalam bahan bakar menjadi energi
mekanis. Energi kimia ini di dapatkan melalui proses reaksi kimia (pembakaran)
dari bahan bakar (solar) dan oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang bakar).
Pembakaran pada mesin diesel dimulai dari kompresi udara dalam ruang bakar
yang sangat tinggi diikuti oleh penginjeksian bahan bakar bertekanan tinggi
kedalam ruang bakar sewaktu temperatur udara mencapai temperatur nyala untuk
Gambar 2.3 Langkah kerja mesin diesel [12]
Proses kerja motor diesel terdiri dari 4 langkah sebagai berikut :
a). Langkah Hisap
Piston bergerak dari TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati bawah),
katup masuk terbuka. Udara murni terhisap masuk ke dalam selinder akibat
terjadinya kevakuman dalam ruang silinder karena terjadi pembesaran volume
ruang di atas torak (gerak dari TMA ke TMB).
b). Langkah Kompresi
Poros engkol terus berputar, piston bergerak dari TMB ke TMA, kedua
katup tertutup. Udara murni yang terhisap tadi terkompresi dalam ruang bakar.
Karena terkompresi suhu dan tekanan udara tersebut naik hingga mencapai 35 atm
dengan temperatur 500⁰ - 800⁰ (pada perbandingan kompresi 20 : 1).
c). Langkah Usaha
Poros engkol masih terus berputar, beberapa derajat sebelum torak
mencapai TMA di akhir langkah kompresi, bahan bahar diinjeksikan ke dalam
ruang bakar. Karena suhu udara kompresi yang tinggi terjadilah pembakaran yang
menghasilkan tekanan eksplosif yang mendorong piston bergerak dari TMA ke
TMB. Kedua katup masih dalam keadaan tertutup. Gaya dorong ke bawah
Langkah usaha ini berhenti ketika katup buang mulai membuka beberapa derajat
sebelum torak mencapai TMB.
d). Langkah Buang
Poros engkol masih terus berputar, piston bergerak dari TMB ke TMA,
katup buang terbuka. Gas sisa hasil pembekaran terdorong keluar dari ruang bakar
(ruang silinder di atas torak) menuju udara luar melalui katup buang yang terbuka.
Karena gas sisa tersebut masih bertekanan tinggi.
2.1.2. Mesin Otto
Mesin otto adalah sebuah tipe
Mesin otto berbeda dengan
yang
menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran, dirancang untuk
menggunakan bahan bakar gasoline atau yang sejenis.
dalam metode pencampuran
bahan bakar dengan udara, dan mesin otto selalu menggunakan penyalaan busi
untuk proses pembakaran. Pada mesin diesel, hanya udara yang dikompresikan
dalam ruang bakar dan dengan sendirinya udara tersebut terpanaskan, bahan bakar
diinjeksikan ke dalam ruang bakar di akhir langkah kompresi untuk bercampur
dengan udara yang sangat panas, pada saat kombinasi antara jumlah udara, jumlah
bahan bakar, dan temperatur dalam kondisi tepat maka campuran udara dan bakar
tersebut akan terbakar dengan sendirinya. Siklus otto (ideal) pembakaran tersebut
dimisalkan dengan pemasukan panas pada volume konstan.
Keterangan Gambar :
2-3 Pemasukan Kalor pada Volume Konstan
3-4 Ekspansi Isentropik
4-1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan
Pada mesin otto, pada umumnya udara dan bahan bakar dicampur sebelum
bahan bakar langsung ke silinder ruang bakar termasuk mesin otto 2 langkah
untuk mendapatkan emisi gas buang yang ramah lingkungan. Pencampuran udara
dan bahan bakar dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi, keduanya
mengalami perkembangan dari sistem manual sampai dengan penambahan
sensor-sensor elektronik. Sistem Injeksi Bahan bakar di motor otto terjadi diluar silinder,
tujuannya untuk mencampur udara dengan bahan bakar seproporsional mungkin,
hal ini disebut EFI.
2.1.2.1. Mesin Otto 2 Langkah
Mesin otto 2 langkah belakangan ini penggunaannya sudah sangat sedikit
dikarenakan emisi gas buang yang relatif lebih besar dibandingkan dengan mesin
otto 4 langkah. Cara kerja pada mesin otto 2 langkah sangat simpel, hakekatnya
mesin motor 2 langkah pada sebuah ruang pembakarannya terjadi dua kali
langkah piston. Langkah buang dan langkah isap terjadi pada saat torak berada
disekitar TMB. Lubang isap dan lubang buang pada dinding silinder dibuka dan
ditutup oleh torak itu sendiri, berikut dijelaskan 2 istilah dalam mesin otto 2
langkah.
-Titik Mati Atas (TMA) atau dengan kata lain Upstroke,
-Titik Mati Bawah (TMB) atau dengan kata lain Downstroke.
Dibawah ini dijelaskan mengenai detail dari gambar mesin otto 2 langkah,
dimana mesin otto 2 langkah ini tidak memiliki klep seperti pada mesin-mesin
yang lainnya.
Berikut ini dijelaskan langkah kerja mesin otto 2 langkah, disini gas buang
didesak keluar dari dalam silinder melalui lubang buang oleh udara dan campuran
bahan bakar dan udara yang dimasukkan dalam silinder. Sudah barang tentu
sebagian udara atau campuran bahan bakar dan udara segar ikut keluar dari dalam
silinder bersama-sama dengan gas buang
Gambar 2.7 Langkah kerja mesin Otto 2 langkah [11]
1. Langkah Pertama TMA ke TMB
Piston bergerak dari TMA ke TMB maka terjadilah penekanan pada ruang
bilas yang berada diruang piston, pada lubang linier terdapat lubang dari
inlangkahe dan exhaust. Pada saat piston bergerak melewati lubang exhaust, gas yang ada pada ruang bakar akan keluar melewati lubang exhaust. Sedangkan saat piston melewati lubang inlangkahe maka gas yang berada di ruang bilas yang ikut terpompa oleh piston akan masuk kedalam ruang bakar, dan saat ini sedang terus
berlanjut gas dari sisa pembakaran akan terdorong keluar melalui exhaust.
2. Langkah Kedua dari TMB ke TMA
Pada saat piston bergerak dari TMB ke TMA akan melakukan
penghisapan campuran bahan bakar, udara, dan oli samping. Setelah piston
melewati lubang intake dan lubang exhaust, maka piston akan melakukan sistem kompresi yang terjadilah tekanan pada ruang bakar. Piston akan terus menekan
sudah dapat tekanan dari piston akan terbakar oleh api yang dihasilkan oleh
sebuah busi, setelah itu terjadi pada uang bakar maka akan diteruskan ke langkah
tenaga, dan tenaga disalurkan ke bagian transmisi, itu terjadi selama mesin motor
hidup.
2.1.2.2. Mesin Otto 4 Langkah
Mesin Otto empat langkah adalah mesin pembakaran dalam yang dalam
satu siklus pembakaran terjadi empat langkah piston. Empat langkah tersebut
meliputi, langkah hisap (pemasukan), kompresi, tenaga dan langkah buang yang
secara keseluruhan memerlukan dua putaran poros engkol (crankshaft) per satu siklus pada mesin otto.
Gambar 2.8 Mesin Otto 4 langkah
Prinsip kerja motor otto empat langkah adalah sebagai berikut :
1.
Dalam langkah ini, campuran bahan bakar dan udara di hisap ke dalam
ruang bakar, Katup hisap membuka sedangkan katup buang tertutup. Waktu torak
bergerak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB), menyebabkan
ruang silinder menjadi vakum dan menyebabkan masuknya campuran udara dan
Gambar 2.9 Langkah hisap mesin otto 4 langkah [7]
2.
Dalam langkah ini, campuran udara dan bahan bakar dikompresikan.
Katup hisap dan katup buang tertutup. Waktu torak naik dari titik mati bawah
(TMB) ke titik mati atas (TMA), campuran yang dihisap tadi dikompresikan.
Akibatnya tekanan dan temperaturnya akan naik, sehingga akan mudah terbakar.
Saat inilah percikan api dari busi terjadi. Poros engkol berputar satu kali ketika
torak mencapai titk mati atas (TMA). Langkah Kompresi
Gambar 2.10 Langkah kompresi mesin Otto 4 langkah [7]
3.
Dalam langkah ini, mesin menghasilkan tenaga dimana gerak translasi
piston diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol dan selanjutnya akan
menggerakkan kendaraan. Saat torak mencapai titik mati atas (TMA) pada saat
langkah kompresi, busi memberikan loncatan bunga api pada campuran udara dan
bahan bakar yang telah dikompresikan. Dengan adanya pembakaran, kekuatan
dari tekanan gas pembakaran yang tinggi mendorong torak ke bawah. Usaha ini
Gambar 2.11 Langkah usaha mesin Otto 4 langkah [7]
4.
Dalam langkah ini, gas yang sudah terbakar, akan dibuang ke luar silinder.
Katup buang membuka sedangkan katup hisap tertutup.Waktu torak bergerak dari
titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA), mendorong gas bekas keluar
dari silinder. Pada saat akhir langkah buang dan awal langkah hisap kedua katup
akan membuka sedikit (valve overlap) yang berfungsi sebagai langkah pembilasan
(campuran udara dan bahan bakar baru mendorong gas sisa hasil pembakaran).
Ketika torak mencapai TMA, akan mulai bergerak lagi untuk persiapan langkah
berikutnya, yaitu langkah hisap. Poros engkol telah melakukan 2 putaran penuh
dalam satu siklus yang terdiri dari empat langkah yaitu, 1 langkah hisap, 1
langkah kompresi, 1 langkah usaha, 1 langkah buang yang merupakan dasar kerja
dari pada mesin empat langkah. Langkah Buang
Gambar 2.12 Langkah buang mesin Otto 4 langkah [7]
Proses Kerja adalah keseluruhan langkah yang berurutan untuk terjadinya
Piston motor bergerak bolak balik dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah
(TMB) dan dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA) pada langkah
selanjutnya.
Pada motor empat langkah, proses kerja motor diselesaikan dalam empat
langkah piston.
- Langkah pertama yaitu piston bergerak dari TMA ke TMB, disebut
langkah pengisian.
- Langkah kedua yaitu piston bergerak dari TMB ke TMA disebut langkah
kompresi.
- Langkah ketiga piston bergerak dari TMA ke TMB disebut langkah usaha.
Pada langkah usaha ini terjadilah proses pembakaran bahan bakar
(campuran udara dan bahan bakar) di dalam silinder motor/ruang
pembakaran yang menghasilkan tenaga yang mendorong piston dari TMA
ke TMB.
- Langkah keempat yaitu piston bergerak dari TMB ke TMA disebut
langkah pembuangan. Gas hasil pembakaran didorong oleh piston keluar
silinder motor. Jadi pada motor empat langkah proses kerja motor untuk
menghasilkan satu langkah usaha (yang menghasilkan tenaga) diperlukan
empat langkah piston.
Empat langkah piston berarti sama dengan dua kali putaran poros engkol.
Pada motor dua langkah proses kerja motornya untuk mendapatkan satu kali
langkah usaha hanya diperlukan dua kali langkah piston. Motor dua langkah yang
paling sederhana, pintu masuk atau lubang masuk dan lubang buang terlelangkah
berhadap-hadapan yaitu berada pada sisi bawah pada dinding silinder motor.
Proses kerjanya adalah sebagai berikut.:
- Piston berada TMB, kedua lubang (masuk dan buang) sama sama terbuka
kemudian campuran udara dan bahan bakar dimasukkan kedalam silinder
- Gerakan piston dari TMB ke TMA, maka lubang masuk akan tertutup dan
tertutup pula lubang buang, maka terjadilah langkah kompresi. Pada akhir
langkah kompresi ini terjadilah pembakaran gas bahan bakar. Dengan
terjadinya pembakaran gas bahan bakar maka dihasilkan tenaga
pembakaran yang mendorong piston ke bawah dari TMA ke TMB.
- Langkah usaha terakhir terjadilah pembuangan gas bekas begitu terbuka
lubang buang. Sesudah itu terbuka pula lubang masuk sehingga terjadi
pemasukkan gas baru sekaligus mendorong mendorong gas bekas keluar
melalui lubang buang.
Dengan demikian pada motor dua langkah proses motor untuk
menghasilkan satu kali langkah usaha/pembakaran gas dalam silinder, hanya
diperlukan dua langkah piston. Dilihat dari putaran poros engkolnya diperlukan
satu kali putaran poros engkol.
2.1.3. Mesin Wankel
Mesin wankel yang juga disebut dengan mesin rotari adalah mesin
pembakaran dalam yang digerakan oleh tekanan yang dihasilkan dari pembakaran
dan diubah menjadi gerakan berputar pada rotor yang selanjutnya akan
menggerakan poros.
Mesin ini ditemukan oleh insinyur Jerman Felix Wankel. Ia mendapatkan
paten untuk mesin tersebut tahun 1929. Pada tahun 1950, ia memulai
penelitiannya di NSU Motorwenke AG dan tahun 1957 ia membuat prototipenya.
NSU kemudian melisensikan konsepnya kepada beberapa manufaktur di seluruh
dunia untuk diperbaiki konsepnya.
Mesin wankel sering dipakai untuk berbagai kendaraan dan peralatan
seperti mobil, sepeda motor, pesawat terbang, go-kart, speed boat, snowmobile,
pembangkit listrik, mesin pabrik industri dan lain-lain, namun belakangan ini
penggunaan mesin ini semakin jarang diakibatkan emisi gas buang yang relatif
Gambar 2.13 Mesin Wankel [8]
Prinsip kerja dari mesin wankel sama saja dengan mesin 4-langkah
konvensional. Pertama-tama, campuran bahan bakar dan udara masuk ke dalam
ruang silinder karena hisapan dari perputaran rotor. Lalu, campuran bahan bakar
dan udara dibawa ke sisi yang lain dan termampatkan oleh pergerakan rotor.
Langkah selanjutnya, busi menyemburkan api yang membakar campuran bahan
bakar dan menyebabkan peningkatan tekanan gas serta meningkatkan perputaran
rotor dan sumbu eksentrik. Kemudian, saat rotor bergerak ke sisi yang lain untuk
memulai siklus yang baru, sisa pembakaran keluar melalui saluran gas buang.
Perbedaan mesin Wankel dengan mesin 4-langkah konvensional adalah
mesin Wankel tidak perlu mengubah energi gerak piston yang naik turun menjadi
energi putar sehingga lebih efisien.
Keunggulan yang dimiliki mesin wankel antara lain bobotnya yang ringan
dan desainnya yang simpel karena menggunakan suku cadang yang lebih sedikit
dibandingkan dengan mesin 4-langkah konvensional. Tenaga yang dihasilkan
mesin ini juga lebih besar dibanding dengan mesin konvensional dengan kapasitas
yang lebih besar.
Kekurangan dari mesin ini adalah boros bahan bakar. Emisi yang
dihasilkan mesin ini juga cukup tinggi dan boros oli. Hal ini menyebabkan biaya
perawatan untuk mesin Wankel sangat besar dan sering kali mesin wankel hanya
2.2.Dinamometer
Dinamometer digunakan untuk mengukur torsi pada keseluruhan operasi
mesin, dinamometer yang digunakan adalah tipe water brake dynamometer
dimana memanfaatkan aliran air secara proporsional dengan beban yang
diterapkan untuk menciptakan resistensi terhadap motor.
Gambar 2.14 Water brake dynamometer operation theory[13]
Sebuah aliran dikontrol air melalui saluran masuk diarahkan pada pusat
rotor di setiap penyerapan bagian dalam. Air ini kemudian diarahkan menuju
bagian luar tubuh dinamometer oleh gaya sentrifugal. Seperti yang diarahkan
keluar, air dipercepat ke dalam kantong di piring stator stasioner , percepatan terus
menerus / deselerasi air menciptakan beban pada motor.
2.3. Performansi Motor Bakar
Bagian ini membahas tentang performansi mesin pembakaran dalam.
Parameter mekanik yang termasuk dalam subbab ini adalah torsi, daya,
perbandingan udara bahan bakar, konsumsi bahan bakar spesifik dan effisiensi
dari pembakaran di dalam mesin.
2.3.1. Torsi dan Daya
Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan
dinamometer yang bertindak seolah-olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin,
maka daya yang dihasilkan poros output ini sering juga disebut dengan brake power. Torsi didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada jarak momen dan memiliki satuan N-m atau lbf-ft.
Daya didefinisikan sebagai usaha dari mesin per satuan waktu.
�̇ = 2���
60000...(2.1)
Dimana :
�̇= Daya poros (kW) =
N Putaran mesin (rpm) =
τ Torsi (Nm)
Baik torsi dan daya adalah fungsi dari putaran mesin. Pada putaran rendah,
torsi meningkat dengan meningkatnya putaran mesin. Putaran mesin meningkat
lebih lanjut, torsi mencapai maksimum dan kemudian menurun seperti yang
ditunjukkan pada gambar diatas. Torsi menurun karena mesin tidak dapat udara
yang optimal pada kecepatan yang lebih tinggi. Ditunjukkan daya meningkat
seiring putaran meningkat kemudian menjadi maksimal dan kemudian menurun
pada putaran mesin yang lebih tinggi. Hal ini dikarenakan kerugian gesekan
meningkat dan menjadi faktor dominan pada kecepatan yang sangat tinggi. Untuk
mobil bensin, daya maksimum terjadi pada kisaran 6000 hingga 7000 RPM,
sekitar satu setengah kali torsi maksimum.
2.3.2. Perbandingan Udara Bahan Bakar (AFR)
Air-Fuel Ratio adalah parameter yang digunakan untuk mendeskripsikan
rasio campuran udara dengan bahan bakar:
�� = Jumlah silinder = 12 – 24 untuk mesin pengapian kompresi (Compression Ignition Engine)
2.3.3. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)
Konsumsi bahan bakar spesifik didefinisikan dengan :
��� =��̇ /�̇ ...(2.7)
Dimana:
��� = Konsumsi bahan bakar spesifik / Specific Fuel Consumption (gr/kWh) ��̇ = Laju aliran bahan bakar ke mesin (kg/sec)
�̇= Daya poros (kW)
2.3.4. Efisiensi Mesin
Waktu yang diperlukan untuk proses pembakaran suatu siklus mesin
sangatlah singkat dan pada umumnya tidak semua bahan bakar habis terbakar oleh
oksigen atau bahkan temperatur sekitar tidak mendukung reaksi kimia yang
terjadi, fenomena ini terjadi karena mesin bekerja di lingkungan yang
berbeda-beda dan variasi putaran yang nilainya sangat berubah-ubah sesuai akselerasi
yang dibutuhkan. Kemungkinan terburuk sebahagian kecil molekul bahan bakar
tidak bereaksi dan terbawa ke aliran pembuangan (exhaust). Effisiensi pembakaran �� menerangkan seberapa banyak bahan bakar yang bereaksi dan
bekerja. Untuk satu siklus mesin pada satu silinder, panas yang ditambahkan
adalah :
��� =������� ...(2.8)
Untuk keadaan steady :
���̇ =��̇ ����� ...(2.9) Effisiensi termalnya adalah :
�� =� �⁄ �� =�̇ �⁄ ��̇ =��⁄�� ...(2.10)
Suatu cara atau metode untuk menaksir ketidakpastian dalam hasil-hasil
eksperimen telah dikemukakan oleh Kline dan McClintock. Metode ini didasarkan
atas spesifikasi yang teliti ketidakpastian dalam berbagai pengukuran primer
eksperimen. Umpamanya, suatu bacaan tekanan tertentu mungkin dinyatakan
sebagai:
P = 100 kN/m2 ± 1 kN/m2
Bila tanda plus atau minus itu digunakan untuk menyatakan
katidakpastian, orang yang membuat penandaan itu sebenarnya menyatakan
Perlu dicatat bahwa spesifikasi itu sendiri tidak pasti, karena pelaku eksperimen
itu tentunya tidak pasti mengenai ketelitian dalam pengukurannya.
Bila instrumen itu baru saja dikalibrasi secara seksama, dengan tingkat
presisi yang tinggi, eksperimentalis itu mungkin dapat memberikan tingkat
ketidakpastian pengukuran yang lebih baik dari bila pengukuran dilakukan dengan
pengukur atau instrumen lain yang riwayat kalibrasinya tidak diketahui. Sebagai
cara yang lebih baik dalam memberikan spesifikasi ketidakpastian suatu
pengukuran, Kline dan McClintock menyarankan agar pelaku eksperimen
menyatakan taruhan (kemungkinan) ketidakpastian itu. Jadi, persamaan diatas tadi
dapat ditulis:
P = 100 kN/m2 ± 1 kN/m2 ( 20 banding 1)
Dengan kata lain, pelaku eksperimen berani bertaruh dengan kemungkinan
20 banding 1 pengukuran itu akan berada dalam ± 1 kN/m2
Umpamakan seperangkat pengukuran dilakukan dimana ketidakpastian
masing-masing pengukuran dapat dinyatakan dengan taruhan yang sama.
Perangkat pengukuran ini lalu digunakan untuk menghitung hasil eksperimen
yang dikehendaki. Kita ingin menaksir ketidakpastian dalam perhitungan atas
dasar ketidakpastian dalam pengukuran-pengukuran primer. Hasil R ialah suatu fungsi dari variabel tak tergantung atau (independent) x
. Perlu dicatat bahwa
spesifikasi taruhannya itu hanya bisa dilakukan eksperimentalis itu atas dasar
pengalaman laboratorium keseluruhan.
1, x2, x3,...xn. jadi,
R = R (x1, x2, x3,...xn)
...(2.11)
Umpamakan WR ialah ketidakpastian dalam hasil w1, w2,...wn ketidakpastian dalam variabel tak-tergantung itu mempunyai taruhan yang sama,
maka ketidakpastian dalam hasil yang mempunyai taruhan itu diberikan rujukan
W
2.5.Lomba Kendaraan Hemat Energi
R = ������
Untuk menjawab kebutuhan akan kendaraan masa depan yang hemat akan
penggunaan energi dan ramah lingkungan maka dewasa ini banyak dilakukan riset
dan penelitian termasuk kegiatan – kegiatan yang memancing kaum muda untuk
berpartisipasi didalamnya. Ada beberapa perlombaan kendaraan hemat energi
yang kita kenal salah satunya adalah Shell Eco-marathon dimana kegiatan ini
merupakan reguler tahunan yang menantang tim mahasiswa untuk merancang dan
membangun kendaraan yang paling hemat energi untuk bersaing dengan
kendaraan tim lain, dimana pemenangnya adalah kendaraan yang dapat bergerak
dengan jarak terjauh dengan menggunakan bahan bakar atau energi paling sedikit.
Para tim akan bersaing dalam dua kategori utama berdasarkan desain mobil
mereka :
1. Kategori Prototype adalah untuk kendaraan berbentuk futuristik yang bertujuan untuk memaksimalkan efisiensi bahan bakar melalui elemen desain
yang inovatif.
2. Kategori Urban Concept adalah untuk desain kendaraan konvensional roda empat yang hemat bahan bakar, sesuai dengan kebutuhan pengemudi saat ini
atau yang umum disebut dengan konsep city car.
Tim mahasiswa dapat memilih salah satu bahan bakar berikut untuk
sumber daya kendaraan mereka. Kendaraan-kendaraan dapat menggunakan salah
satu bahan bakar berikut atau jenis energi :
1. Shell Unleaded 95 (EU)/Shell Plus 89 (US) Petrol/Gasoline
2. Shell Diesel
3. Liquefied Petroleum Gas (LPG)
4. Shell Gas to Liquids (100% GTL)
5. Fatty Acid Methyl Ester (100% FAME)
6. Ethanol E100 (100% Ethanol)
8. Solar/Energi Surya
9. Plug-In Electricity (Li-on)
Shell Eco-marathon Asia 2012 memiliki jumlah peserta sebanyak 145 tim
dari 18 negara di Asia dimana dari Indonesia sendiri diikuti oleh 8 perguruan
tinggi yaitu: Universitas Gajah Mada (UGM), Institut Teknologi Bandung (ITB),
Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Politeknik Negeri Pontianak,
Universitas Pendidikan Indonesia, Politeknik Manufaktur Bandung, Politeknik
Negeri Jakarta dan Universitas Sumatera Utara (USU).
Di Indonesia sendiri untuk pertama kalinya tahun 2012 diadakan Indonesia
Energy Marathon Challange dimana kegiatan ini pada dasarnya juga sama dengan
konsep Shell Eco-marathon hanya saja peserta kompetisi dari Indonesia dan
keragaman sumber energi yang disediakan juga masih sangat minim yaitu
BAB III
METODOLOGI PENGUJIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Pengujian ini dilakukan dibeberapa tempat sebagai berikut:
a. Pengujian kecepatan untuk mendapatkan putaran mesin dilakukan di Jl.
Universitas, Universitas Sumatera Utara selama 3 hari.
b. Pengujian emisi gas buang kendaraan dilakukan di Balai Teknik
Kesehatan Lingkungan Medan, Jl. K.H. Wahid Hasyim selama 1 hari.
c. Pengujian perbandingan udara dan bahan bakar dilakukan di bengkel
SEBU, Jl. Ringroad Medan selama 1 hari
d. Pengujian torsi dilakukan di Laboratorium Teknologi Mekanik
Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara selama 3 hari
3.2 Bahan Pengujian
Adapun bahan pengujian yang digunakan adalah :
1. Mesin “MESIN USU”
“MESIN USU” menggunakan mesin yang diadopsi dari mesin pabrikan
Gambar 3.1 Mesin “MESIN USU”
Spesifikasi mesin sebagai berikut:
Tipe mesin : 4 langkah
Diameter x langkah : 50 mm x 55,6 mm
Volume langkah : 109,1 cc
Perbandingan Kompresi : 9,0 : 1
Daya Maksimum : 6,2 kW/7.500 rpm
Torsi Maksimum : 8,6 Nm/5.500 rpm
Kapasitas Minyak Pelumas Mesin : 0,8 lt pada pergantian periodik
Kopling Otomatis : Ganda, otomatis, sentrifugal
Gigi Transmsi : 4 kecepatan bertautan tetap
Pola Pengoperan Gigi : N - 1 - 2 - 3 - 4 – N
Starter : Pedal dan Elektrik
Aki : MF 12 V - 3Ah
Busi : ND U20EPR9S, NGK CPR6EA-9S
Sistem Pengapian : DC-CDI, Battery
Tahun Pembuatan : 2011
Berat Kendaraan : 97 Kg
3.3 Alat Pengujian
1. Bahan Bakar
Adapun bahan bakar yang digunakan dalam pengujian ini adalah:
a. Premium
Gambar 3.2 Bahan bakar premium
Premium merupakan nama bahan bakar bensin yang paling umum
digunakan di Indonesia, spesifikasi umumnya sebagai berikut:
o Warna kuning
o RON 88
o Kandungan timbal (0,013 gr/l - 0,3 gr/l)
o Berat jenis pada suhu 150C (715 kg/m3-780 kg/m3
o Nilai kalor (44400 kJ/kg)
)
o Harga Rp 4500/liter
b. Pertamax Plus
Pertamax plus merupakan nama bahan bakar bensin yang paling
mahal dan paling baik yang digunakan di Indonesia, spesifikasi
umumnya sebagai berikut:
o Warna merah
o RON 95
o Kandungan timbal maksimum 0,013 gr/l
o Berat jenis pada suhu 150C (715 kg/m3-770 kg/m3
o Nilai kalor (44400 kJ/kg)
)
o Harga Rp 10800/liter
2. Speedometer
Digunakan untuk mengukur kecepatan kendaraan dalam pengujian
Gambar 3.4 Speedometer
Alat ukur yang digunakan adalah analog speedometer standar bawaan sepeda motor Honda Blade yang memiliki tipikal mesin yang
sama dengan Honda Absolute Revo dengan spesifikasi sebagai berikut:
o Daya 12V, Aki MF 3Ah
o Sensor pada putaran roda depan
o Batas ukur 0-160 km/jam dengan ketelitian ± 1 km/jam
o Tampilan analog
3. Tachometer
Gambar 3.5 Tachometer
Alat ukur yang digunakan adalah portable digital tachometer
dengan spesifikasi sebagai berikut :
o Daya 12V
o Batas ukur 0-9999 rpm dengan ketelitian ±1,91%
o Stainless steel
4. Water Brake Dynamometer
Digunakan untuk mengukur torsi dari mesin “MESIN USU”.
Gambar 3.6 Water brake dynamometer
Alat ukur yang digunakan adalah hidrolik dinamometer dimana
menggunakan rem hidrolis yang terdiri dari pompa, penampungan
diantara dua bagian tersebut. Katup yang terletak diantara pipa dan
penampunng memiliki penunjuk atau instrumen untuk menunjukkan
besarnya tekanan hidrolis, fluida yang digunakan adalah air. Adapun
spesifikasinya sebagai berikut:
o Buatan Tecquipment
o Batas ukur 20Nm, 6000 rpm dengan ketelitian ±0.25%
o Hidrolik sistem dengan air sebagai absorber
o 1 Katup pengisian/pembebanan dan 1 katup buang
o Timbangan torsi analog
5. Timbangan
a. Digunakan untuk mengukur berat pembebanan pada dinamometer
Gambar 3.7 Timbangan digital
Timbangan heles digital tipe EK3252 dengan spesifikasi:
- Super presisi dengan sensor tekanan
- Kapasitas maksimum 5kg
- Ketelitian ± 1gr
- Auto zero
- Daya 1 x 9V baterai alkaline
Gambar 3.8 Timbangan analog
Timbangan yang digunakan adalah krisbow personal scales
dengan spesifikasi sebagai berikut:
- Sensor tekanan analog
- Beban maksimum 120 kg dengan ketelitian ± 1 kg
6. Alat Ukur Emisi Gas Buang Kendaraan
Gambar 3.9 Alat uji emisi gas buang kendaraan
Alat ukur yang digunakan adalah Stargas 898, alat ini
Kondisi lingkungan pengukuran meliputi : temperatur, tekanan
atmosfer, kelembaban relatif. Stargas juga dapat memeriksa
operasional dari probe lambda seluruh simulasi yang beroperasi.
(1V/5V) Stargas analyzer adalah unit multifungsi opsional, tanpa perlu
yang terhubung ke PC. Stargas dapat dikendalikan dari jauh melalui
keyboard opsional inframerah. Stargas dapat digunakan dengan mudah
untuk melakukan pengujian emisi gas buang kendaraan dan data yang
diambil dapat disimpan dan dicetak langsung.
o
Spesifikasi:
Daya 270V, 50 - 60Hz / baterai 16V (sekering 5A
o Ketelitian (CO res. 0,01 CO
)
2 res. 0,1dan O2
o
res. 0,01)
IR remote Keyboard 3 x
o
Printer termal bi-warna (hitam / merah, 24 kolom
o
)
Serial port COM1, COM2, RS232,
o
RS485
Video konektor VGA, (PAL atau NTSC
o
)
Parameter ambient suhu -40 - +60
o
celcius
Parameter ambient suhu -40 - +60
o
celcius
Ambient tekanan 750 - 1060
o
hPa
Ambient kelembaban relatif 0% - 100
o
%
Refresh rate 20 kali
o
Fitur jam, tanggal, waktu &
o
cetak
Ukuran 400mm x 180mm x 450mm
o
Berat 8.6kgs
7. AFR Meter
Digunakan untuk mengukur perbandingan udara dan bahan bakar di
Gambar 3.10 AFR meter
Tipe alat ukur yang digunakan adalah LM-2 AFR meter portabel
buatan Innovate Motorsports Amerika.
Spesifikasi:
• Daya 12V
• Ketelitian ± 0.29 setelah 500 pengukuran and ± 0,59 setelah 2000
kali pengukuran.
• Wideband O2 kompatibel dengan semua jenis bahan bakar
• Single atau dual channel
• OBD-II pindai alat-membaca / DTC jelas dan log hingga 16
saluran CAN OBD-II data
• Log langsung ke SD card
• Data log Playback pada layar dan / atau dengan perangkat lunak
logworks
• Layar LCD
• 2 dikonfigurasi analog output linier
• konektor kunci Positif untuk semua koneksi
• Inovasi MTS seri IN dan OUT
Tabel 3.1 Standar stoikometeri beberapa bahan bakar[9] :
Gasoline 14.7
LPG (Propane) 15.5
Methanol 6.4
Ethanol 9.0
CNG 17.2
Diesel 14.6
LM-2 juga dapat dikalibrasi otomatis sesuai perubahan suhu,
ketinggian, dan kondisi sensor.
8. Tools
Digunakan untuk melakukan pemasangan dan pembongkaran mesin
“MESIN USU” selama pengujian.
Gambar 3.11 Toolbox
Adapun beberapa alat-alat yang digunakan selama pengujian
diantaranya adalah sebagai berikut:
o Obeng (±)
o Tang jepit, tang potong dan tang buaya
o Kunci-kunci pas dan kunci ring
3.4 Prosedur Pengujian
1. Mesin “MESIN USU”dibongkar dan dipasang kembali ke sepeda motor
2. Tachometer dipasang pada sepeda motor
3. Sepeda motor diuji dengan variasi bahan bakar, beban dan kecepatan
untuk mendapatkan data putaran mesin sebagai berikut
Tabel 3.2 Format pengujian kecepatan terhadap putaran dengan variasi bahan
bakar premium dan pertamax plus
Jenis Beban
70 6097
4. Pengujian emisi gas buang kendaraan sesuai dengan putaran mesin yang
sudah didapatkan dari pengujian sebelumnya dengan variasi bahan bakar
premium dan pertamax plus.
5. Pengujian perbandingan udara dan bahan bakar kendaraan sesuai dengan
putaran mesin yang sudah didapatkan dari pengujian sebelumnya dengan
variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.
6. Mesin dibuka dan dipasang pada alat uji torsi untuk melakukan pengujian
torsi
7. Alat uji torsi diseimbangkan dengan pemberian beban sebesar 2692 gram
8. Torsi diukur dengan variasi rpm yang sudah didapatkan dengan variasi
bahan bakar premium dan pertamax plus.
9. Semua data dicatat dan dianalisis
10. Selesai
3.5. Bagan Alir Pengerjaan
Adapun prosedur dari pengerjaan dan pengujian yang dilakukan dalam
skripsi ini dapat dilihat pada bagan alir berikut ini dapat dilihat pada bagan
alir berikut ini
Mulai
Survei Lapangan dan Studi Literatur
Gambar 3.12 Bagan alir prosedur pengerjaan
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Performansi
Data yang diperoleh dari pengujian performansi ini meliputi putaran, torsi,
perbanding udara bahan bakar (AFR) dan emisi gas buang kendaraan yang
dilakukan secara langsung dengan menggunakan variasi bahan bakar premium
dan pertamax plus.
4.1.1 Torsi
Berikut adalah data hasil pengujian torsi pada mesin otto dengan variasi
bahan bakar premium dan pertamax plus.
Tabel 4.1 Hasil pengujian torsi terhadap putaran dengan variasi bahan bakar
premium dan pertamax plus
Jenis Beban
N
τ
Pemasangan Alat
Pengujian Kendaraan
Selesai
Pengemudi
Tabel 4.2 Perbandingan persen galat torsi terhadap putaran dengan variasi bahan
bakar premium dan pertamax plus
Premium Pertamax plus Galat/error
6,4 5,3 17,19%
6,8 5,5 19,12%
7,6 6,9 9,21%
7,9 7,1 10,13%
8,4 7,5 10,71%
8,5 8 5,88%
6,4 5,4 15,63%
6,9 5,5 20,29%
7,6 6,9 9,21%
7,9 7,2 8,86%
8,3 7,8 6,02%
8,6 8,2 4,65%
6,5 5,4 16,92%
6,9 5,6 18,84%
7,8 6,7 14,10%
8,2 7,3 10,98%
8,3 7,9 4,82%
8,5 8,1 4,71%
Dari tabel dan grafik diatas dapat dilihat besarnya torsi untuk
masing-masing pengujian, untuk bahan bakar premium torsi terendah terjadi pada
pembebanan pengemudi 60 kg dan 70 kg (2170 dan 2180 rpm) yaitu sebesar 6,4
Nm sedangkan torsi tertinggi terjadi pada pembebanan 70 kg (6029 rpm) yaitu
sebesar 8,6 Nm. Untuk pertamax plus torsi terendah terjadi pada pembebanan
pengemudi 60 kg (2133 rpm) yaitu sebesar 5,3 Nm sedangkan torsi tertinggi
terjadi pada pembebanan 70 kg (6097 rpm) yaitu sebesar 8,2 Nm.
Besar kecilnya torsi dipengaruhi oleh putaran dan beban mesin. Semakin
berat beban pengemudi yang diberikan maka semakin besar pula torsi yang
dibutuhkan untuk mencapai kecepatan yang lebih tinggi.Ada beberapa cara untuk
meningkatkan nilai torsi dari sebuah mesin yaitu dengan memperbesar langkah
piston atau dengan memperbesar volume ruang bakar, namun hal ini akan sangat
mempengaruhi effisiensi bahan bakar, konstruksi mesin tersebut.
4.1.2 Daya
Berikut data hasil perhitungan daya pada mesin otto dengan variasi bahan
bakar premium dan pertamax plus.
Tabel 4.3 Hasil perhitungan daya terhadap putaran dengan variasi bahan bakar
premium dan pertamax plus
90
Tabel 4.4 Perbandingan persen galat daya terhadap putaran dengan variasi bahan
bakar premium dan pertamax plus
Premium Pertamax plus Galat/error
1,54 1,27 17,53%
1,93 1,54 20,21%
2,86 2,45 14,34%
3,82 3,43 10,21%
4,68 4,35 7,05%
5,51 5,23 5,08%
Gambar 4.2 Grafik daya vs putaran mesin
Dari hasil perhitungan dan grafik diatas dapat dilihat besarnya daya untuk
masing-masing perhitungan, untuk bahan bakar premium daya terendah terjadi
pada pembebanan pengemudi 60 kg (2170 rpm) yaitu sebesar 1,45 kW sedangkan
daya tertinggi terjadi pada pembebanan 90 kg (6187 rpm) yaitu sebesar 5,51 kW.
Untuk pertamax plus daya terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg
(2133 rpm) yaitu sebesar 1,18 kW sedangkan daya tertinggi terjadi pada
pembebanan 70 kg (6097 rpm) yaitu sebesar 5,24 kW.
Besar kecil daya mesin bergantung pada besar kecil torsi yang didapat.
Daya yang dihasilkan mesin dipengaruhi oleh putaran poros engkol yang terjadi
akibat dorongan piston yang dihasilkan karena adanya pembakaran bahan bakar
dengan udara. Jika konsumsi bahan bakar dan udara diperbesar maka akan
Untuk kesemua hasil pengujian besarnya daya yang dihasilkan mengalami
kecenderungan peningkatan seiring kecepatan kendaraan dan pembebanan
pengemudinya.
4.1.3 Perbandingan Udara dengan Bahan Bakar (AFR)
Berikut data hasil pengujian perbandingan udara dan bahan bakar (AFR)
pada mesin otto dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.
Tabel 4.5 Hasil pengujian AFR terhadap putaran dengan variasi bahan bakar
premium dan pertamax plus
2585 17,8
Dengan ketidakpastian pengukuran AFR meter ±0,59
Tabel 4.6 Perbandingan persen galat AFR terhadap putaran dengan variasi bahan
bakar premium dan pertamax plus
Premium Pertamax plus Galat/error
Gambar 4.3 Grafik AFR vs putaran mesin
Dari tabel dan grafik diatas dapat dilihat besarnya AFR untuk masing-masing
pengujian, untuk bahan bakar premium AFR terendah terjadi pada pembebanan
pengemudi 60 kg (2170 rpm) yaitu sebesar 21,6 sedangkan AFR tertinggi terjadi
pada pembebanan 70 kg dan 90 kg (6029 rpm dan 6187 rpm) yaitu sebesar 13,1.
Untuk pertamax plus AFR terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg
(2133 rpm) yaitu sebesar 19 sedangkan AFR tertinggi terjadi pada pembebanan 90
kg (6159 rpm) yaitu sebesar 12.
Semakin tinggi putaran dan beban mesin, maka semakin kecil perbandingan
udara dan bahan bakar. Ini disebabkan karena pada putaran dan beban maksimal
terjadi proses pembakaran yang sangat cepat dimana diperlukan bahan bakar
dengan jumlah besar, sehingga diperlukan udara yang besar pula untuk
mengimbangi bahan bakar tadi pada keadaan ideal perbandingan udara dan bahan
bakar adalah 14,7.
Untuk kesemua hasil pengujian besarnya nilai AFR mengalami
kecenderungan penurunan seiring kecepatan kendaraan dan pembebanan
pengemudinya.
Berikut data hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) pada
mesin otto dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.
Tabel 4.7 Hasil perhitungan SFC terhadap putaran dengan variasi bahan bakar
premium dan pertamax plus
3489 276,11± 1,92%
4484 308,11± 1,92%
5262 319,15 ± 1,92%
6159 321,65 ± 1,92%
Tabel 4.8 Perbandingan persen galat SFC terhadap putaran dengan variasi bahan
bakar premium dan pertamax plus
Premium Pertamax plus Galat/error
Gambar 4.4 Grafik SFC vs putaran mesin
Dari hasil perhitungan dan grafik diatas dapat dilihat besarnya Specific Fuel Consumption (SFC) untuk masing-masing perhitungan, untuk bahan bakar premium SFC terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg (2562 rpm)
yaitu sebesar 224,28 gr/kWh sedangkan SFC tertinggi terjadi pada pembebanan
70 kg dan 90 kg (5371 rpm dan 5387 rpm) yaitu sebesar 285,36 gr/kWh. Untuk
pertamax plus SFC terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg dan 70 kg
(3514 rpm dan 3515 rpm) yaitu sebesar 268,11 gr/kWh sedangkan SFC tertinggi
terjadi pada pembebanan 60 kg (5005 rpm) yaitu sebesar 330,84 gr/kWh.
Konsumsi bahan bakar spesifik dipengaruhi oleh putaran mesin, semakin
tinggi putaran mesin mesin maka konsumsi bahan bakar spesifik juga akan
meningkat atau sebaliknya. Hal ini disebabkan oleh laju aliran bahan bakar yang
akan semakin besar pada putaran mesin tinggi.
4.1.5 Effisiensi Termal
Berikut data hasil perhitungan effisiensi termal pada mesin otto dengan
variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.
Tabel 4.9 Hasil perhitungan effisiensi termal terhadap putaran dengan variasi
Tabel 4.10. Perbandingan persen galat effisiensi termal terhadap putaran dengan
variasi bahan bakar premium dan pertamax plus
Premium Pertamax plus Galat/error
36,96 26,92 27,16%
37,27 27,06 27,39%
32,51 31,18 4,09%
30,20 27,15 10,10%
29,87 25,27 15,40%
30,00 25,88 13,73%
35,59 27,00 24,14%
36,16 26,17 27,63%
31,90 31,18 2,26%
29,78 27,14 8,87%
29,29 26,07 10,99%
30,12 26,53 11,92%
34,93 26,42 24,36%
34,50 25,60 25,80%
31,91 30,27 5,14%
30,25 27,13 10,31%
29,29 26,19 10,58%
29,77 25,99 12,70%
Dari hasil perhitungan dan grafik dibawah dapat dilihat besarnya effisiensi
termal untuk masing-masing perhitungan, untuk bahan bakar premium effisiensi
termal terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 70 kg dan 90 kg (5371 rpm
dan 5387 rpm) yaitu sebesar 29,29 % sedangkan effisiensi termal tertinggi terjadi
pada pembebanan 60 kg (2562 rpm) yaitu sebesar 37,27 %. Untuk pertamax plus
effisiensi termal terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg (5005 rpm)
yaitu sebesar 25,27 % sedangkan effisiensi termal tertinggi terjadi pada
pembebanan 60 kg dan 70 kg (3514 rpm dan 3515 rpm) yaitu sebesar 31,18 %.
Ada beberapa hal yang sangat mempengaruhi tinggi rendahnya effisiensi
termal dari suatu mesin diantaranya adalah perbandingan antara bahan bakar dan
udara (AFR) semakin tinggi AFR maka effisiensi akan meningkat dimana laju
aliran bahan bakar akan semakin kecil namun keadaan ini akan sangat
mempengaruhi suhu dari ruang bakar yang diakibatkan dari gas oksigen yang
berlebih, semakin tinggi kadar oksigen di ruang bakar maka akan semakin tinggi
temperatur yang ditimbulkan. Selain itu nilai kalor bahan bakar dan rasio
kompresi juga sangat mempengaruhi effisiensi termal.
4.2 Pengujian Emisi Gas Buang
Selain mengetahui torsi, daya, perbandingan udara dan bahan bakar,
konsumsi bahan bakar spesifik dan effisiensi termal dari suatu mesin maka
pengujian emisi gas buang juga sangat penting dilakukan untuk mengetahui
jumlah emisi yang dikeluarkan suatu mesin. Hal ini sangat berkaitan dengan
performa mesin dimana mesin yang baik dan effisien adalah mesin yang juga
bersahabat dengan lingkungan, kadar emisinya memenuhi standar dan ketentuan
yang berlaku. Pengujian ini dilakukan secara langsung dengan menggunakan
variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.
4.2.1 Kadar Karbon Monoksida (CO) dalam Gas Buang
Berikut data hasil pengujian kadar karbon monoksida (CO) pada mesin otto
Tabel 4.11. Hasil pengujian kadar karbon monoksida (CO) terhadap putaran
dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus
Tabel 4.12. Perbandingan persen kadar karbon monoksida (CO) terhadap putaran
dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus
Premium Pertamax plus Galat/error
0,577 0,545 5,55%
0,548 0,666 21,53%
0,725 1,014 39,86%
0,852 0,917 7,63%
0,754 0,871 15,52%
0,741 0,765 3,24%
0,684 0,809 18,27%
0,704 0,854 21,31%
0,857 1,085 26,60%
0,99 1,099 11,01%
0,897 0,964 7,47%
0,679 0,961 41,53%
0,688 0,85 23,55%
0,82 0,846 3,17%
0,845 0,915 8,28%
0,823 1,075 30,62%
0,891 0,922 3,48%
0,656 0,718 9,45%
Dari tabel dan grafik diatas dapat dilihat besarnya kadar karbon monoksida
(CO) untuk masing-masing pengujian, untuk bahan bakar premium kadar karbon
monoksida terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg (2562 rpm) yaitu
sebesar 0,548% sedangkan kadar karbon monoksida tertinggi terjadi pada
pembebanan 70 kg (4377 rpm) yaitu sebesar 0,99%. Untuk pertamax plus kadar
karbon monoksida terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 60 kg (2133
rpm) yaitu sebesar 0,545% sedangkan kadar karbon monoksida tertinggi terjadi
pada pembebanan 70 kg (4377 rpm) yaitu sebesar 1,099%.
Gas karbon monoksida adalah gas paling berbahaya yang dihasilkan dari
pembakaran yang tidak sempurna dimana sifatnya tidak berbau, tidak berwarna
namun beracun. Umumnya kandungan gas karbon monoksida dalam emisi gas
buang adalah 0,2% – 5%, hal ini ditimbulkan karena tidak cukupnya gas oksigen
untuk mengubah karbon menjadi karbon dioksida. Biasanya pencampuran bahan
bakar dan oksigen yang tidak baik akan menghasilkan gas karbon monoksida hal
ini terjadi pada pembakaran kaya dimana jumlah bahan bakar sangat tinggi
dibanding gas oksigen yang idealnya (14,7 : 1).
4.2.2 Kadar Karbon Dioksida (CO2
Berikut data hasil pengujian kadar karbon dioksida (CO ) dalam Gas Buang
2) pada mesin otto dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.
Tabel 4.13. Hasil pengujian kadar karbon dioksida (CO2) terhadap putaran
dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus
3389 0,82
Tabel 4.14. Perbandingan persen galat kadar karbon dioksida (CO2
Premium
) terhadap
putaran dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus
Pertamax plus Galat/error
0,82 0,86 4,88%
0,85 0,94 10,59%
0,97 1,02 5,15%
0,93 1,08 16,13%
0,85 0,92 8,24%
0,82 0,93 13,41%
0,79 0,89 12,66%
0,83 0,94 13,25%
0,87 1 14,94%
0,94 1,18 25,53%
Untuk bahan bakar premium kadar karbon dioksida terendah terjadi pada
pembebanan pengemudi 60 kg (3370 rpm dan 4360rpm) yaitu sebesar 0,73%
sedangkan kadar karbon dioksida tertinggi terjadi pada pembebanan 90 kg (6187
rpm) yaitu sebesar 0,94%. Untuk pertamax plus kadar karbon dioksida terendah
terjadi pada pembebanan pengemudi 70 kg (3515 rpm) yaitu sebesar 0,86%
sedangkan kadar karbon dioksida tertinggi terjadi pada pembebanan 90 kg (6159
rpm) yaitu sebesar 1,18%.
Gambar 4.13 Grafik kadar CO2
Gas karbon dioksida adalah gas yang dihasilkan dari pembakaran sempurna,
bahan bakar dan oksigen yang tidak baik akan menghasilkan gas karbon
monoksida.
4.2.3 Kadar Oksigen (O2
Berikut data hasil pengujian kadar oksigen (O ) dalam Gas Buang
2) pada mesin otto dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus.
Tabel 4.15. Hasil pengujian kadar oksigen (O2) terhadap putaran dengan variasi
bahan bakar premium dan pertamax plus
5215 19,18
Tabel 4.16. Perbandingan persen galat kadar oksigen (O2
Premium
) terhadap putaran
dengan variasi bahan bakar premium dan pertamax plus
Pertamax plus Galat/error
19,34 19,56 1,14%
Dari tabel dan grafik dibawah dapat dilihat besarnya kadar oksigen (O2)
untuk masing-masing pengujian, untuk bahan bakar premium kadar oksigen
terendah terjadi pada pembebanan pengemudi 70 kg (4377 rpm) yaitu sebesar
18,87% sedangkan kadar oksigen tertinggi terjadi pada pembebanan 60 kg (2562
rpm) yaitu sebesar 19,53%. Untuk pertamax plus kadar oksigen terendah terjadi
kadar oksigen tertinggi terjadi pada pembebanan 70 kg (2585 rpm) yaitu sebesar
19,57%.
Gambar 4.15 Grafik kadar O2 vs putaran mesin
Oksigen sangat mempunyai peran besar dalam proses pembakaran,
pembakaran pada mesin otto terjadi dimana oksigen bercampur dengan bahan
bakar, jumlah oksigen biasanya akan menurun seiring meningkatnya putaran
mesin dikarenakan proses pembakaran yang semakin cepat dan jumlah bahan
bakar yang semakin kaya, oleh karena itu dalam beberapa hal mesin ditambahkan