PENGARUH VARIASI PENGGUNAAN BAHAN BAKAR PADA MESIN EMPAT LANGKAH

(1)

i

No : 668 / TA / FT-USD / TM / Februari / 2006

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh:

ALBERTUS WAHYU WIDYATMOKO

NIM : 015214009

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ii

FINAL PROJECT

Presented as Partial fulfillment of the Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering

By

ALBERTUS WAHYU WIDYATMOKO

Student Number : 015214009

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

(4)

(5)

v

yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan disuatu perguruan tinggi,

dan sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah

ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam naskah ini

dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 22 Maret 2007

Penulis

(6)

vi

bimbingan dalam hidup dan telah memberikan berkat, semangat, rahmat dan cinta

Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi bagi

Mahasiswa Teknik Mesin sebelum dinyatakan Lulus sebagai Sarjana Teknik. Dalam

pelaksanaan dan penulisan tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak,

baik berupa material, bimbingan, kerja sama serta dukungan moril. Dalam

kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada:

1.

Ir.Greg Heliarko, S.J., S.S., B.S.T., MA., M.Sc., selaku Dekan Fakultas

Teknik Universitas Sanata DharmaYogyakarta.

2.

Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Kaprodi Teknik

Mesin dan dosen pembimbing Tugas Akhir.

3.

Bapak Ir. Agus Unggul Santoso selaku dosen pembimbing dua.

4.

Seluruh Dosen dan Karyawan/i Fakultas Teknik, Universitas Sanata

Dharma.

5.

Mas Ronny dan semua Laboran lainnya.

6.

Semua pihak yang membantu dalam penulisan tugas akhir ini.

Yogyakarta, 22 Maret 2007

(7)

vii

TITLE...ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING...iii

HALAMAN PENGESAHAN...iv

KATA PENGANTAR...vi

DAFTAR ISI...vii

INTISARI...x

DAFTAR GAMBAR...xi

DAFTAR TABEL...xiv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang...1

1.2 Perumusan masalah...2

1.3 Tujuan penelitian...2

1.4 Manfaat...3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar teori...4

2.2 Klasifikasi Motor Bensin...5

2.2.1 Susunan dan jumlah silinder...5

(8)

viii

2.2.5 Letak poros Nok...9

2.2.6 Jumlah langkah Tiap Proses...10

2.3 Motor otto Empat Langkah...11

2.3.1 Siklus Ideal Motor Otto Empat Langkah...11

2.3.2 Prinsip Kerja Motor Empat Langkah...13

2.3.3 Siklus sebenarnya Motor Otto Empat Langkah...17

2.4 Sistem Pembukaan katup...19

2.5 Pembakaran...20

.

2.5.1 Proses Pembakaran...22

2.5.2 Bahan Bakar...25

2.5.3 Proses Penyalaan...26

2.6 Sistem Pengisian dan Pembuangan...27

2.6.1 Sistem Pengisian...27

2.6.2 Sistem Pembuangan...28

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Diagram alir penelitian...31

.

3.2 Definisi operasional...31

3.3 Lokasi penelitian...32

(9)

ix

3.4.3 Jenis bensin...36

3.5 Langkah kerja...37

3.6 Parameter dalam perhitungan motor bakar...40

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Perhitungan...52

4.1.1 Perhitungan Premium... 52

4.1.2 Perhitungan Pertamax...59

4.1.3 Perhitungan Pertamax +...66

4.2 Hasil Perhitungan dan Grafik...73

4.2.1 Tabel Hasil Perhitungan...73

.

4.2.2 Grafik...76

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan...83

5.2 Saran...83

DAFTAR PUSTAKA

(10)

x

empat langkah.Pada penelitian ini bahan bakar yang digunakan adalah bahan bakar

bensin premium, pertamax, dan pertamax + .Peneliti mencoba melihat dampak yang

ditimbulkan apabila sebuah mesin menggunakan bahan bakar dengan nilai oktan yang

berbeda-beda.

Penelitian ini dilakukan berdasarkan pengamatan sehari-hari tentang lahirnya

jenis bakar namun pengguna tidak mendapatkan informasi yang jelas tentang

spesifikasi bahan bakar itu sendiri dan pemakaiannya terhadap mesin.

(11)

xi

Gambar 2.2 Susunan silinder...7

Gambar 2.3 Sistem Pendinginan...8

Gambar 2.4 Macam-macam Susunan Katup...9

Gambar 2.5 Letak Poros nok Pada blok silinder...10

Gambar 2.6 Letak poros nok pada overhead cam...10

Gambar 2.7 Diagram P vs V Siklus volume konstan...12

Gambar 2.8 Prinsip Kerja Mesin 4 Langkah...14

Gambar 2.9 Isi torak: Torak pada TMB dan pada TMA………..…………15

Gambar 2.10 Hubungan antara diagram katup dengan grafik P vs v...19

Gambar 2.11 Mekanisme buka tutup katup...20

Gambar 2.12 Perjalanan proses pembakaran normal dan dengan sendirinya...22

Gambar 2.13 Intake manifold...28

Gambar 2.14 Exhaust manifold...29

Gambar 2.14 Exhaust Muffer...29

Gambar 3.1 Diagaram alir penelitian...31

Gambar 3.2 Mesin Toyota 5-K...33

Gambar 3.3 Engine testbed...34

Gambar 3.4 Dinamometer...35

(12)

xii

Gambar 4.4 Grafik Putaran vs Daya Mekanis...77

Gambar 4.5 Grafik Putaran vs Tekanan Efektif Rata-rata...77

Gambar 4.6 Grafik Putaran vs Tekanan Indikasi...77

Gambar 4.7 Grafik Putaran vs Tekanan Mekanis... 78

Gambar 4.8 Grafik Putaran vs Aliran Udara Masuk...78

Gambar 4.9 Grafik Putaran vs Reynold Number...79

Gambar 4.10 Grafik Putaran vs Efisiensi Pengisian...80

Gambar 4.11 Grafik Putaran vs Efisiensi Bahan Bakar...81

Gambar 4.12 Grafik Putaran vs Perbandingan Udara dan Bahan Bakar...82

Gambar 4.13 Grafik Putaran vs Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Efektif...83

Gambar 4.14 Grafik Putaran vs Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Indikasi...84

Gambar 4.15 Grafik Putaran vs Energi dalam gas buang...85

Gambar 4.16 Grafik Putaran vs Kalor Ekivalen Pemakaian Bahan Bakar...86

Gambar 4.17 Grafik Putaran vs Prosentase Kehilangan energi Melalui

Gas Buang...87

Gambar 4.18 Grafik Putaran vs Kehilangan energi Melalui air Pendingin...87

(13)

(14)

xiv

Tabel 4.1 Tabel hasil perhitungan mesin menggunakan bahan bakar

Premium...73

Pertamax...74

(15)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Motor bensin merupakan salah satu jenis motor pembakaran dalam yang

banyak digunakan untuk menggerakkan atau sebagai sumber tenaga dari sebuah

kendaraan.

Motor bensin menghasilkan tenaga yang diperoleh dari proses pembakaran bahan

bakar di dalam silinder, dimana pembakaran terjadi karena adanya campuran

udara dan bahan bakar. Karena adanya tekanan didalam silinder tersebut maka

menghasilkan tenaga yang akhirnya dapat menggerakkan mobil.

Seiring berkembangnya pengetahuan dan teknologi maka banyak terjadi

penyempurnaan kualitas bahan bakar yang dimaksudkan untuk mendapatkan hasil

pembakaran yang lebih baik dan sempurna dari bahan bakar sebelumnya.

Penyempurnaan kualitas bahan bakar ini antara lain untuk mendapatkan motor

dengan kualitas gas buang yang lebih ramah lingkungan tanpa harus mengurangi

unjuk kerja mesin.

Melihat perkembangan di dunia otomotif yang demikian pesatnya, maka

dalam penelitian ini penulis ingin menunjukkan pengaruh variasi penggunaan

bahan bakar (Premium, Pertamax, dan Pertamax +) dengan cara mengganti

penggunaan bahan bakar pada sebuah mesin.

Penggantian bahan bakar ini bertujuan untuk melihat unjuk kerja dari mesin

(16)

penggantian jenis bahan bakar dan juga belum banyaknya informasi yang didapat

dari masyarakat tentang dampak variasi penggunaan bahan bakar pada mesin

empat langkah.

1.2 Perumusan masalah

Dari latar belakang diatas maka penulis mencoba untuk meneliti pengaruh

yang terjadi pada mesin apabila mengganti-ganti bahan bakar yang dimaksud.

Dalam permasalahan ini penulis menggunakan mesin kijang yang pada

kesehariannya menggunakan bahan bakar premium yang mempunyai nilai oktan

88. Untuk itu penulis melakukan penggantian bahan bakar premium, pertamax,

dan pertamax + untuk melihat dampak / pengaruh yang terjadi pada mesin tanpa

merubah setingan mesinnya. Karena adanya penggantian bahan bakar ini tentunya

akan berdampak pada mesin tersebut.

1.3 Tujuan penelitian

Tujuan dari penulisan / penelitian ini adalah untuk mengetahui:

• Daya yang dihasilkan dari masing-masing pemakaian bahan bakar

pada berbagai putaran.

• Konsumsi bahan bakar dari masing-masing penggunaan bahan bakar

pada berbagai putaran

(17)

1.4 Manfaat

Manfaat yang didapat adalah:

• Memberikan informasi kepada masyarakat tentang pengaruh yang

dihasilkan dari masing-masing pemakaian bahan bakar bensin

dengan angka oktan yang berbeda-beda.

• Agar sasaran dalam pemakaian bahan bakar bensin menjadi tepat

(18)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar teori

Motor merupakan bagian utama dari sebuah alat atau kendaraan yng

menggunakan sumber penggerak berupa mesin. Motor tersebut merubah merubah

suatu jenis tenaga menjadi tenaga mekanik. Karena mmiliki kemampuan ini maka

kendaraan dapat bergerak dan mengatasi segala medan dan lain sebagainya.

Mesin yang ada saat ini dikelompokkan menjadi dua yaitu: mesin panas dan

mesin bukan panas (heat engine and non heat engine). Heat engine adalah mesin yang merubah tenaga panas menjadi tenaga mekanik, sedangkan non heat engine

mesin yang merubah tenaga bukan panas menjadi tenaga mekanik. Mesin panas

dikelompokkan lagi menjadi dua, yaitu mesin pembakaran luar dan mesin

pembakaran dalam. Sedangkan mesin bukan panas tidak dikelompokkan lagi.

Mesin pembakaran dalam dan mesin pembakaran luar bekerja mengubah

tenaga panas menjadi tenaga mekanik namun dalam hal ini prosesnya berbeda.

Mesin pembakaran dalam bekerja dengan jalan memproduksi panas bertekanan

tinggi didalam mesin itu sendiri. Mesin ini membakar bahan bakar didalammesin

itu sendiri kemudian panas yang dihasilkan dari pembakaran tersebut dirubah

menjadi tenaga mekanik. Sedangkan mesin pembakaran luar bekerja dari

memanfaatkan panas dan tekanan yang dihasilkan oleh mesin lain diluar mesin

pembakaran luar itu sendiri. Mesin yang termasuk dalam kategori mesin

(19)

Secara garis besar pengelompokkan mesin penggerak dapat dilihat pada

skema 2.1 dibawah ini.

Gambar 2.1 Skema pengelompokkan motor

Sumber:Drs. Wardan Suyanto MA. 1989.Teori Motor Bensin. Halaman 6

2.2 Klasifikasi Motor Bensin

Motor bakar diklasifikasikan berdasarkan : Susunan dan jumlah silinder,

system pendinginan, system penyalaan, letak katup, letak poros nok dan jumlah

langkah per proses.

2.2.1 Susunan dan Jumlah Silinder

Pada umumnya motor penggerak yang biasa digunakan pada kendaraan

(20)

jumlah silinder maka getaran yang dihasilkan akan lebih kecil dibandingkan

dengan jumlah silinder yang sedikit. Hal ini disebabkan karena motor yang

memiliki jumla silinder yang banyak pembagian tenaganya akan lebih merata

dibandingkan dengan jumlah silinder sedikit.

Biasanya susunan silinder tersebut diatur dengan posisi dan bentuk yang

beragam, yaitu:

1. Motor dengan susunan silinder berbentuk V.

2. Motor dengan susunan silinder segaris / inline egine. 3. Motor dengan susunan silinder miring.

4. Motor dengan susunan silinder berlawanan/horizontal.

5. Motor dengan susunan silinder radial.

Motor dengan susunan silinder berbentuk V, susunan silindernya berbentuk

V yang merupakan barisan silinder yang terletak di sebelah kanan dan sebelah kiri

poros engkol yang membentuk sudut antara 60 derajat sampai 90 derajat.

Susunan silinder motor segaris membentuk garis lurus satu arah sejajar

poros engkol. Selanjutnya motor dengan susunan silinder miring mempunyai

susunan silinder motor dengan posisi miring, baik kekiri maupun kekanan.

Jenis posisi silinder yang keempat adalah motor dengan susunan silinder

belawanan dimana susunan silindernya saling berlawanan arah satu dengan yang

lain. Jenis posisi silinder yang terakhir adalah silinder radial, dimana silindernya

(21)

Gambar 2.2 Susunan silinder

2.2.2 Sistem pendinginan

Terdapat dua macam pendinginan yang sering dijumpai yaitu pendinginan

dengan cairan dan pendinginan dengan udara. Sistem pendinginan dengan media

zat cair terutama air mempunyai sifat pendinginan yang lebih baik dibandingkan

udara.

Pendinginan dengan cairan, pada bagian-bagian mesin selalu dikelilingi atau

dilewati cairan pendingin. Cairan ini lalu menyerap sebagian panas yang timbul

akibat proses pembakaran.

Untuk mesin berpendingin udara, bagian-bagian yang didinginkan hanya

dilalui udara dan udara tersebut hanya mengambil sebagian panas. Sistem

pendinginan menggunakan udara biasanya mengandalkan sirip-sirip sebagai

(22)

Gambar 2.3 sistem pendinginan

2.2.3 Sistem Penyalaan

Terdapat dua system penyalaan yang biasa dijumpai dalam menyalakan

bahan bakar didalam ruang bakar, yaitu dengan menggunakan bunga api dan

dengan udara panas (udara yang dikompresikan). Motor dengan penyalaan bunga

api biasanya menggunakan loncatan bunga api yang dihasilkan dari busi untuk

membakar bahan bakar yang terdapat di ruang mesin (ruang bakar). Sedangkan

penyalaan motor dengan menggunakan udara panas dihasilkan dari udara yang

dimampatkan oleh piston pada saat kompresi, udara yang dimampatkan ini cukup

panas sehingga menimbulkan pembakaran dari pencampuran udara panas dan

(23)

2.2.4 Letak katup

Letak katup yang sering dijumpai adalah jenis overhead cam dimana mekanisme penggerak katupnya lebih sederhana dan ketepatan pembukaan dan

penutupan menjadi lebih tepat, hal ini disebabkan karena antara poros nok

langsung menyinggung katup. Poros nok pada overheat cam berada persisi pada kepala silinder.

Jenis yang lain adalah jenis I, dimana letak kedua katupnya berada diatas

silinder. Jenis ini biasanya dipakai untuk motor dengan kompresi tinggi dan

digerakkan dengan satu poros nok.

Gambar 2.4 Macam-macam susunan katup

2.2.5 Letak Poros Nok

Klasifikasi motor bakar dengan letak poros nok ada dua macam yaitu poros

nok berada pada blok silinder dan poros nok yang berada pada kepala silinder.

Jenis yang pertama, antara poros nok dan katup dibutuhkan sebuah alat bantu

yang disebut tapet, batang penumbuk dan pelatuk (overhead valve). Dengan adanya beberapa alat diatas maka akan tepat dalam pembukaan maupun

penutupan katup terutama pada putaran mesin yang tinggi. Sedangkan pada jenis

(24)

batang penumbuk (overhead cam). Overhead cam sering disebut OHC, dan terdapat dua macam motor dengan susunan overhead cam yaitu Single Overhead Cam (SOHC) dan Double Overhead Cam (DOHC).

Gambar 2.5 Letak poros nok pada blok silinder

Gambar 2.6 Letak poros nok overhead cam

2.2.6 Jumlah Langkah Tiap Proses

Jumlah langkah tiap proses motor bakar dikelompokkan menjadi dua, yaitu

motor dua langkah (2 Tak) dan motor empat langkah (4 Tak). Pada motor dua

(25)

dengan kata lain setiap dua langkah kerja torak menghasilkan satu kali tenaga.

Sedangkan pada motor empat langkah diperlukan empat langkah torak untuk

menghasilkan satu tenaga. Secara mekanisme motor empat langkah lebih

ekonomis dalam penggunaan bahan bakar dibandingkan dengan motor dua

langkah.

2.3 Motor otto Empat Langkah

2.3.1 Siklus Ideal Motor Otto Empat Langkah

Proses termodinamika dan kimia yang terjadi di dalam motor bakar sangat

kompleks untuk di analisa menurut teori. Untuk memudahkan teori tersebut

diasumsikan suatu keadaan yang ideal. Tetapi makin ideal suatu keadaan maka

akan semakin jauh menyimpang dari keadaan sebenarnya. Pada umumnya untuk

menganalisa motor bakar digunakan siklus udara sebagai siklus yang ideal. Siklus

udara menggunakan beberapa keadaan yang sama dengan siklus sebenarnya

misalnya mengenai:

• Urutan proses

• Perbandingan kompresi

• Pemilihan temperatur dan tekanan pada suatu keadaan dan

• Penambahan kalor yang sama per satuan berat udara.

Pada mesin yang ideal proses pembakaran yang dapat menghasilkan gas

bertekanan dan bertemperatur tinggi itu dimisalkan sebagai proses pemasukan

(26)

Siklus udara volume konstan (siklus otto)dapat digambarkan dengan grafik PV

seperti terlihat pada gambar 2.7

Gambar 2.7 Diagram P vs V siklus volume konstan

Sumber : Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Halaman 15

Keterangan:

P = Tekanan Fluida kerja (kg/cm2_{) V}

L= volume langkah torak (m

3_ataucm3₎

V = Volume spesifik (m3_{/kg) V}

S =Volume sisa (m

3_{atau cm}3₎

q_m= Jumlah kalor yang masuk (kcal/kg) TMA =Titik mati atas

(27)

Sifat ideal yang digunakan serta keterangan mengenai proses siklusnya

adalah sebagai berikut:

1. Fluida kerja dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik yang

konstan.

2. Langkah hisap (0-1) merupakan proses tekanan konstan

3. Langkah kompresi (1-2) ialah proses isentropic

4. Proses pembakaran pada volume konstan (2-3) dianggap sebagai proses

pemasukan kalor pada volume konstan.

5. Langkah kerja (3-4) ialah proses isentropic

6. Proses pembuangan (4-1) dianggap sebagai proses pengeluaran kalor pada

volume konstan

7. Langkah buang (1-0) ialah proses tekanan konstan

8. Siklus dianggap tertutup, artinya siklus ini berlangsung dengan fluida kerja

yang sama

2.3.2 Prinsip Kerja Motor Empat Langkah

Motor Otto empat langkah / motor bensin menghisap campuran udara dan

bensin sebagai bahan bakar pada saat terjadi langkah hisap . Terjadi perubahan

tekanan pada proses kerja di dalam ruang di atas piston. Bila piston berada di

TMB, volume ruang ini adalah yang terbesar yaitu V_L+ V_S dengan :

V_L = Volume langkah

(28)

Bila piston berada di TMA, volume ruang di atas piston adalah yang terkecil

yaitu V_S. Mesin bensin empat langkah menjalani satu siklus yang tersusun atas

empat tahap/langkah seperti Gambar 2.8 berikut:

Gambar 2.8 Prinsip kerja mesin 4 Langkah

Keterangan:

KI = Katup isap TMA = Titik mati atas

KB = Katup buang TMB = Titik mati bawah

a) Langkah hisap

Campuran udara dan bahan bakar dihisap ke dalam ruang bakar.

bergerak dari titik mati atas (TMA) menuju titik mati bawah (TMB). Katup isap

terbuka dan katup buang tertutup. Di dalam silinder terjadi kehampaan akibat

gerakanpiston kebawah tersebut. Disebabkan karena adanya tahanan aliran yang

dialam campuran baru yang mengalir melalui system isap, maka isiannya tidak

pernahmencapai 100%. Pada frekuensi putar yang lebih tinggi tekanan tersebut

akan semakin rendah sehingga peningkatan daya yang diberikan tidak dapat

(29)

b) Langkah kompresi

Kedua katup tertutup. Piston bergerak menuju TMA. Sesaat sebelum piston

Mencapai TMA, bunga api dipercikan dan bahan bakar mulai terbakar.

Pembakaran

terjadi pada volume hampir tetap (dianggap tetap) sampai tekanan maksimum.

Mesinbensin memerlukan percikan bunga api (spark) untuk mengawali

pembakaran di dalam silinder maka sering disebut spark ignition engine. Bunga

api dipercikan dalam ruang bakar sebelum torak mencapai titik mati atas (TMA),

sehingga terjadi pembakaran yang diikuti oleh naiknya energi kalor gas dalam

ruang bakar. Makin kecil ruang V_S terhadap ruang V_L akan semakin besar

pemampatannya. Hal ini sangat tergantung pada perbandingan pemampatan

(perbandingan kompresi).

Perbandingan pemampatan adalah perbandingan antara dua macam volume,

yaitu

• Volume di atas piston pada kedudukan TMB

• Volume di atas piston pada kedudukan TMA (Gambar 2.9)

Gambar 2.9 Isi diatas torak ; torak pada TMB, torak pada TMA

(30)

Perbandingan Pemampatan dinyatakan dengan symbol r, dalam persamaan

menjadi:

r =

S S L

V V V +

...(2.1)

c) Langkah Usaha

Setelah mencapai TMA, piston akan didorong oleh gas bertekanan tinggi

menuju TMB. Tekanan mekanis ini diteruskan ke poros engkol. Penghentian

pembakaran gas terjadi pada TMA atau sedikit sesudahnya. Ini disebabkan oleh

pengembangan gas terbesar akibat suhu tertinggi terjadi pada volume terkecil

(V_C) sehingga piston mendapatkan tekanan terbesar. Sesaat sebelum piston

mencapai TMB, katup terbuka, gas hasil pembakaran mengalir keluar dan tekanan

dalam ruang bakar turun dengan cepat.

d) Langkah buang

Pada saat ini piston bergerak dari TMB menuju TMA serta mendorong gas

di dalam silinder ke saluran buang lewat katup buang. Tidak semua gas bekas

dapat dikeluarkan. Ruang bakar yang kecil (V_C) atau perbandingan pemampatan

yang besar akan memperbaiki keadaan tersebut. Periode overlapping adalah

periode dimana katup hisap dan katup buang terbuka secara bersamaan yang

dikarenakan perpanjangan pembukaan katup selama proses pengisapan dan

(31)

2.3.3 Siklus Sebenarnya Motor Otto Empat Langkah

Dalam kenyataannya terjadi penyimpangan dari siklus udara (ideal) kerena

terjadi kerugian antara lain disebabkan karena hal berikut:

1. Kebocoran fluida kerja karena penyekatan oleh cincin torak dan katup tidak

sempurna.

2. Pembukaan dan penutupan katup dan kelembaman fluida kerja. Kerugian

tersebut dapat diperkecil bila saat pembukaan dan penutupan katup

disesuaikan dengan besarnya beban dan kecepatan torak.

3. Fluida kerja bukanlah udara yang dianggap sebagai gas ideal dengan kalor

spesifik yang konstan selama proses siklus berlangsung.

4. Pada motor bakar torak yang sebenarnya, pada waktu torak berada di TMA,

tidak terdapat proses pemasukan kalor seperti pada siklus udara, kenaikan

tekanan dan temperatur fluida kerja disebabkan oleh proses pembakaran

bahan bakar dan udara di dalam silinder.

5. Proses pembakaran memerlukan waktu (tidak berlangsung sekaligus). Hal ini

mengakibatkan proses pembakaran berlangsung pada volume ruang bakar

yang berubah-ubah karena pergerakan torak. Dengan demikian proses

pembakaran dimulai beberapa derajat sudut engkol sesudah torak bergerak

kembali dari TMA ke TMB. Jadi proses pembakaran tidak berlangsung pada

volume konstan. Disamping itu pada kenyataanny tidak pernah terjadi

(32)

perbandingan campuran bahan bakar dan udara, kesempurnaan bahan bakar

dan udara tersebut bercampur dan timing penyalaan.

6. Terdapat kerugian kalor yang disebabkan oleh perpindahan kalor dari fluida

kerja ke fluida pendingin, terutama pada langkah kompresi, ekspansi dan

pada waktu gas buang meninggalkan silinder, perpindahan kalor tersebut

karena terdapat perbedaan temperatur antara fluida kerja dengan fluida

pendingin. Fluida pendingin diperlukan untuk mendinginkan bagian-bagian

mesin yang menjadi panas akibat proses pembakaran, untuk mencegah

kerusakan pada bagian-bagian tersebut.

7. Terdapat kerugian energi kalor yang dibawa oleh gas buang dari dalam

silinder ke udara luar. Energi tersebut tidak bisa dipakai untuk melakukan

kerja mekanik.

8. Terdapat kerugian karena gesekan antara fluida kerja dengan dinding

salurannya.

Berdasarkan hal-hal diatas, bentuk diagram PV dari siklus sebenarnya

tidak sama dengan bentuk diagram siklus ideal. Gambar 2.10 Menunjukkan

(33)

Gambar 2.10

Hubungan antara diagram pengatur katup dengan grafik tekanan vs volume untuk motor empat langkah.

2.4 Sistem pembukaan katup

Sistem kerja katup dapat dilihat pada gambar 2.11 dimana katup tidak

dibuka dan ditutup pada satu titik matinya. Kerja motor sangat kompleks sehingga

membutuhkan poros cam yang berangsur-angsur membuka dan menutup katup.

Gas pembakran yang dihasilkan dan tidak terpakai lagi secara otomatis akan

keluar selama langkah buang, sedangkan campuran udara dan bahan bakar

diusahakan dapat masuk sebanyak-banyaknya dn setepat mungkin selama langkah

hisap, Jadi pada dasarnya setiap mesin mempunyai saat atau waktu sendiri untuk

kapan katup itu terbuka dan kapan katup tertutup. Tabel 2.11 menunjukkan saat

katup isap dan katup buang tertutup dan terbuka pada motor yang umumnya kita

(34)

Gambar 2.11 Mekanisme buka tutup katup

Tabel 2.1 Waktu pembukaan dan penutupan katup isap dan buang

2.5 Pembakaran

pembakaran terjadi karena adanya loncatan bunga api pada saat akhir

pemampatan udara dan bahan bakar. Pembakaran dikatakan normal apabila dalam

perjalanannya semua gas yang masuk habis terbakar. Namun dalam beberapa

(35)

silinder, hal ini disebabkan karena singkatnya pembakaran dimana tekanan dalam

seluruh ruangan tidak sama.

Pembakaran yang tidak teratur mengakibatkan pembebanan yang berat dan

tidak seimbang pada mekanismnya. Gerakan dari gas terhadap logamnya dapat

memberi suara tumbukan yang sering biasa disebut detonasi. Penyebab utama dari

detonasi adalah suhu yang terlalu tinggi dari gas yang masuk dan terkadang juga

disebabkan karena kondisi ruang bakar yang tidak memenuhi syarat.

Terjadinya detonasi yang terus menerus dan dalam waktu yang lama dapat

merusak komponen mesin, terutama ruang bakar bagian tepi kepala torak.

Detonasi juga bisa disebabkan karena penyalaan yang terlalu awal yang

nantinya dapat mengurangi daya dan efisiensi mesin.

Pencegahan terjadinya detonasi antara lain:

• Mengurangi tekanan dan temperatur bahan bakar dan udara yang masuk ke

dalam ruang bakar.

• Menurunkan perbandingan kompresi.

• Mempertinggi angka oktan bahan bakar.

• Membuat atau merancang kontruksi ruang bakar sedemikian rupa sehingga

bagian yang terjauh dari pusat pembakaran dapat memperoleh pendinginan

yang baik.

• Meletakkan pusat pembakarn atau sumber bunga api di antara katup buang

dan katup hisap.

• Memundurkan saat penyalaan (timming pembakaran)

(36)

Gambar 2.12 Perjalanan proses pembakaran normal (a-d) dan proses pembakaran yang terjadi dengan sendirinya (e-h)

Sumber : BPM. Arends, H. Berenschot. Motor Bensin. Halaman 60

2.5.1 Proses pembakaran

Proses dikatakan normal apabila pada proses pembakaran di dalam silinder

(37)

bunga api ini nantinya proses terbakarnya bahan bakar berlangsung hingga bahan

bakar yang terdapat didalam silinder terbakar habis. Proses pembakaran tidak

terjadi bila tidak ada oksigen didalam silinder. Baik atau buruknya proses

pembakaran ditentukan pula oleh banyak / sedikitnya jumlah oksigen yang ada

didalam silinder. Apabila campuran bahan bakar dan udara yang masuk ke dalam

silinder sesuai antara jumlah hidrokarbon dengan jumlah oksigen (campuran

homogen) maka dimungkinkan terjadinya pembakaran sempurna.

Bahan bakar yang diambil hidrokarbonnya (C₈+H₁₈) dan jika

pembakarannya sempurna maka hasil pembakarannya menjadi CO₂ dan H₂O.

Jadi kalau ditulis dalam persamaan menjadi:

C₈ H₁₈ + O₂ + N₂ → CO₂ + H₂O + N₂

Pembakaran di dalam ruang bakar pada motor adalah hal yang sangat

mnentukan besarnya tenaga yang dihasilkan oleh mesin dengan disuplainya

sejumlah bahan bakar kedalam silinder. Dengan pembakaran inilah tenaga utama

motor dihasilkan. Dengan adanya pembakaran ini maka temperatur ruang bakar

meningkat yang akhirnya tekanan dalam ruang bakar ikut naik dan

memungkinkan adanya gerakan torak akibat tekanan tersebut.

Pembakaran adalah reaksi kimia yang terjadi secara tepat antara udara dan

bahan bakar yang mudah terbakar yang ditandai dengan timbulnya cahaya dan

menghasilkan panas. Pembakaran dikatakan sempurna apabila semua bagian yang

dapat terbakar didalam campurab tersebut membentuk CO₂, H₂O serta gas SO₂

(38)

silinder dapat dibedakan menjadi dua yaitu pembakaran normal dan pembakaran

tidak terkontrol (detonasi)

Proses pembakaran yang sering kita jumpai tidaklah sama untuk kendaraan

satu dengan lainnya, hal ini disebabkan karena adanya perbedaan sistem

pemasukan udara dan bahan bakar mesin tempo dulu dan masa sekarang. Hal ini

disebabkan karena semakin majunya teknologi yang ada sehingga mau tidak mau

kebutuhan akan power yang besar menjadi hal yang bukan lagi hal biasa.

Sistem pemasukan bahan bakar dibagi menjadi dua, yaitu:

1. Sistem karburatur dan

2. Sistem injeksi

Sistem injeksi lebih banyak dipakai oleh mobil-mobil yang ada sekarang ini,

namun sistem karburator juga masih sering kita jumpai. Namun masing masing

sistem memiliki dan kekurangan dan kelebihan. Sebagai contoh mekanisme

sistem injeksi masih terlalu mahal, hal ini disebabkan karena mekanisme ini

menggunakan (ECU) yang fungsinya mengatur banyaknya bahan bakar yang

masuk kedalam silinder namun mesin yang memiliki sistem ini memiliki power

yang besar karena prosesnya yang cepat saat bahan bakar masuk kesilinder dan

cenderung tepat (tidak lebih juga tidak kurang).

Untuk mesin yang menggunakan sistem karburator tidaklah semahal sistem

injeksi namun terkadang kita kesulitan dalam menyetel keadaan yang pas dan

tepat antara bahan bakar dan udara, dan biasanya mesin dengan menggunakan

sistem karburator harus rutin memeriksa kebersihan dan ketepatan campuran

(39)

2.5.2 Bahan bakar

Sampai sekarang ini bahan bakar yang umumya dipakai pada mesin bensin

adalah premium atau sering disebut dengan gasoline, tetapi ada juga mesin yang

menggunakan bahan bakar gas.

Disini hanya menjelaskan bahan bakar bensin secara umum:

a.Sifat utama dari bensin

Bensin mengandung hidrokarbon hasil sulingan minyak mentah. Bensin

mengndung zat yang mudah terbakar. Bahan bakar ini digunakan oleh tipe mesin

dengan pengapian busi. Sifat-sifat utama yang dimiliki oleh bensin adalah:

• Mudah menguap pada temperatur normal

• Mempunyai titik nyala berkisar antara –10 sampai 15 C

• Mempunyai berat jenis rendah (0,60 sampai 0,78)

• Dapat melarutkan oli dan karet

• Sedikit meninggalkan karbon setelah dibakar.

b.Syarat – syarat bensin

Kualitas berikut diperlukan oleh bensin untuk memberikan hasil kerja yang

baik terhadap mesin:

• Mudah terbakar

Pembakaran serentak didalam ruang bakar dengan sedikit knocking.

• Mudah menguap

Bensin harus mampu membentuk uap dengan mudah untuk memberikan

campuran udara-bahan bakar dengan tepat saat menghidupkan mesin yang masih

(40)

• bersifat pembersih dan tidak beroksidasi

Sedikit perubahan kualitas dan perubahan bentuk selama disimpan. Selain itu juga

bensin harus mencegah pengendapan pada sistem intake maupun exchause.

c.Nilai oktan (oktan number)

Nilai oktan atau tingkatan dari bahan bakr adalah mengukur bahan bakar

bensin terhadap anti-knock characteristic. Bensin dengan nilai oktan tinggi akan

tahan terhadap timbulnya engine knocking dibandingkan dengan nilai oktan yang

rendah.

2.5.3 Proses Penyalaan

Untuk memaksimalkan proses pembakaran yang baik diperlukan juga

tegangan yang cukup besar untuk dapat terjadinya pembakaran yang baik. Baik

tidaknya pembakaran yang terjadi dipengaruhi beberapa factor, yaitu:

• Perbandingan campuran bahan bakar dan udara.

• Jarak antara kedua elektroda serta bentuk elektroda.

Pada umumnya disediakan tegangan yang lebih besar agar menjamin selalu

terjadi loncatan bunga api, misalnya antara 10.000 – 20.000 volt. Makin padat

udara bahan bakar maka tegangan yang diperlukan akan semakin tinggi pada

jarak elektroda yang sama. Terutama apabila tekanan campuran yang masuk

kesilinder itu tinggi dan loncatan listrik ditentukan pada waktu berada lebih dekat

(41)

Makin besar jarak elektroda maka makin besar pula perbedaan tegangan

yang diperlukan untuk memperoleh intensitas api listrik yang sama. Maka baik

tidaknya proses pembakaran ditentukan oleh jarak elektroda.

Intensitas loncatan bunga api listrik juga ditentukan oleh jarak antara kedua

elektroda. Jarak elektroda yang optimum adalah antara 0,6 – 0,8 mm. Selain itu

penentuan tempat/posisi busi didalam ruang bakar juga penting. Agar selalu

terdapat campuran bahan bakar dan udara yang mudah terbakar diantara kedua

elektroda, tempat yang sangat tepat adalah dekat katup isap. Tetapi jika ditinjau

dari kemungkinan terjadinya detonasi, sebaiknya busi ditempatkan pada bagian

terpanas yaitu pada katup buang. Sebagai contoh untuk system penyalaan

konvensional (penyalaan dengan menggunakan platina), struktur pengapian terdiri

dari baterai sebagai sumber energi listrik, kontak penyalaan (platina), kumparan

penyalaan (koil), tahanan distributor (yang didalamnya terdapat pemutus arus,

kam, rotor), kabel busi tinggi dan rendah, busi. Selain penyalaan secara

konvensional, terdapat pula penyalaan system elektronik.

2.6 Sistem pengisian dan pembuangan

2.6.1 Sistem pengisian

Sistem pengisian adalah system yang berfungsi untuk memungkinkan

mengalirnya campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder.

Bagian dari dari system pengisian sering disebut dengan intake manifold

(42)

Gambar 2.13Intake manifold

Sumber: Training Manual, PT. Toyota Astra Motor. Halaman 3-42

Sistem pemasukan bahan bakar ke dalam silinder ada dua macam yaitu

dengan menggunakan karburator atau dengan injeksi pada venturi dan system

injeksi bahan bakar yang menyemprotkan bahan bakar dilakukan pada daerah

yang sangat dekat dengan lubang pemasukan kedalam silinder.

2.6.2 Sistem pembuangan

Sistem pmbungan adalah sistm untuk mengalirkan gas bekas pembakaran

dari dalam silinder ke udara luar tanpa mengurangi tenaga yang dihasilkan mesin

dan diharuskan tidak menggnggu lingkunagan yang berupa polusi udara dan

suara.

Agar system pembuangan tidak mempengaruhi daya mesin, maka

diusahakan tidak ada penghambat yang terlalu besar pada saat terjadi

pembuangan. Karena jika hambatan dalam saluran system pembuangan terlalu

besar maka akan mengurangi ruangan untuk gas baru yang akan masuk kedalam

(43)

Sistem pembuangan dengan silinder lebih dari satu umumnya menggunakan

system pembuangan yang terdiri dari:

• Exhaust manifold, Merupakan saluran yang meneruskan gas bekas dari semua silinder yang nantinya gas tersebut akan dikeluarkan dan disalurkan ke pipa

buangan. Exhaust manifold ini dibaut pada bagian kepala silinder.

Gambar 2.14 Exhaust manifold

Sumber: Training Manual, PT. Toyota Astra Motor. Halaman 3-42

• Exhaust pipe depan (pipa pembuangan bag depan), Merupakan pipa baja yang mengalirkan gas bekas dari Exhaust manifold ke udara bekas.

• Exhaust muffler, Merupakan bagian yang berfungsi meredam bunyi, menyaring gas buang sebelum dibuang ke udara luar.

Gambar 2.15Exhaust Muffler

(44)

Gas yang dibuang dari silinder mempunyai temperatur yang tinggi, dan

apabila langsung dibuang ke udara luar maka akan menimbulkan banyak

kerugian. Dengan demikian desain dari Muffler sangatlah penting

(45)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

3.2 Definisi Operasional

Banyak pengaruh yang terjadi pada mesin apabila melakukan penggantian

terhadap kualitas bahan bakar, salah satunya adalah dengan mengganti pemakaian

jenis bahan bakar.

Pada penelitian ini dilakukan tiga cara pengambilan data, yaitu data-data

dari pemakaian jenis bahan bakar premium, pratamax dan pratamax +. Ketiga data

tersebut diambil dari mesin yang yang sama dengan kondisi mesin standar dan

Persiapan penelitian

Pengambilan data

Analisa data

Pembahasan

Kesimpulan

(46)

tanpa merubah setingan mesin dari pemakaian masing-masing bahan bakar .

Pengambilan data dilakukan sebanyak dua kali untuk setiap penggunaan bahan

bakar, kemudian diambil rata-rata untuk masing-masing jenis bahan bakar.

Data-data dari masing-masing pemakaian bahan bakar yang diperoleh dari

penelitian kemudian diolah dan dibandingkan. Pembandingan kemudian

dilakukan dengan perhitungan dan grafik menggunakan variabel putaran. Dari

perhitungan-perhitungan dan grafik-grafik tersebut diharapkan dapat diketahui

pengaruh-pengaruh apa saja yang terjadi setelah bahan bakar diganti-ganti serta

hubungan antara parameter-parameter yang satu dengan yang lainnya pada

perhitungan prestasi mesin.

Perlu diketahui bahwa bahan bakar yang digunakan adalah bahan bakar

murni yang dikeluarkan dan diproduksi oleh PT Pertamina, yang umumnya

dipakai oleh semua jenis kendaraan bermotor, jadi penulis tidak membuat /

mencampur bahan bakar tersebut.

3.3 Lokasi Penelitian

Pengambilan data dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Jurusan

Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dengan menggunakan

mesin Toyota 1500 cc, dengan tipe mesin 5K – Over Head Valve (OHV).

3.4 Alat-alat Pengujian

(47)

manometer, rotameter, burret, dan tachometer), tak lupa juga keadaan engine pada

keadaan standart (tanpa modifikasi)

3.4.1 Mesin bensin

Dalam penelitian ini, mesin yang dipergunakan adalah mesin bensin

dengan kondisi standar dengan spesifikasi sebagai berikut :

Merek / tipe : Toyota Kijang / 5 K

Perbandingan Kompresi : 9 : 1

Volume Silinder : 1497 cc

Pendingin : Air

Diameter Silinder : 80,5 mm

Panjang langkah piston : 73,5 mm

Jumlah silinder : 4 silinder segaris (in line)

Gambar 3.2 Mesin Toyota 5K

(48)

Gambar 3.3_{Engine Testbed}

Sumber : Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Kinerja mesin diuji dengan alat uji yang disebut engine testbed. Dengan

engine testbed ini, daya dan torsi yang dihasilkan oleh mesin serta nilai konsumsi bahan bakar spesifik minimum dapat diketahui.

3.4.2 Dinamometer

Merupakan alat yang digunakan untuk mengukur daya keluaran mesin.

Prinsip kerja dinamometer ini adalah memberi pengereman pada poros keluaran

(49)

Gambar 3.4 Dinamometer

Alat ukur

Macam-macam alat ukur yang digunakan antara lain :

1. Termokopel, digunakan untuk mengukur :

a. Temperatur air yang masuk ke mesin.

b. Temperatur air yang keluar dari mesin.

c. Temperatur minyak pelumas.

d. Temperatur gas buang (exhaust).

2. Pressure gauge, digunakan untuk mengukur tekanan minyak pelumas.

3. Manometer, digunakan untuk mengukur penurunan tekanan udara yang

melewati orifice.

4. Rotameter, digunakan untuk mengukur sirkulasi aliran air di dalam mesin.

5. Burret, digunakan untuk mengukur volume bahan bakar. 6. Tachometer, digunakan untuk mengukur putaran poros mesin.

(50)

Gambar 3.5 Alat Ukur

3.4.3 Jenis bensin

Pada penelitian ini digunakan bermacam-macam jenis bensin yaitu:

a. Bahan bakar premium

Bahan bakar premium adalah bahan bakar yang sering kita jumpai. Pada

pemakaian sehari-hari bahan bakar premium tergolong banyak dipakai untuk

kendaraan-kendaraan bermotor, khususnya motor dan mobil.

Bahan bakar premium mempunyai angka oktan 88 dan masih memiliki

kadar timbal yang bisa membahayakan bagi mahluk hidup.

b. Bahan bakar pertamax

Bahan bakar pertamax adalah bahan bakar sekelas premium yang sudah

tidak memiliki kadar timbal. Bahan bakar ini memiliki angka oktan lebih tinggi

(51)

c. Bahan bakar pertamax +

Bahan bakar pertamax + memiliki angka oktan 95, dimana bahan bakar ini

adalah bahan bakar terbaik dikelasnya, hal ini disebabkan karena bahan bakar ini

tidak memiliki kadar timbal dan lebih banyak digunakan pada

kendaraan-kendaraan mewah yang memiliki spesifikasi mesin yang sangat baik yang

memerlukan bahan bakar berkualitas baik pula.

3.5 Langkah Kerja

Pengambilan data yang pertama dalam penelitian ini (premium) adalah

sebagai berikut:

a. Memasukkan bahan bakar premium kedalam tangki bahan bakar dan membuka

katup bahan bakar agar dapat mengalir ke mesin.

b. Memeriksa air pendingin di dalam tangki air. Membuka kran air, agar air dapat

bersikulasi di dalam mesin, membuka kran air tambahan agar air dapat

mengalir ke tangki pendingin.

c. Memeriksa oli pelumas mesin agar tetap pada batas yang diijinkan.

d. Menghidupkan mesin dengan memutar kunci kontak.

e. Setelah mesin menyala, putaran mesin diatur sehingga diperoleh kondisi stasioner,

yaitu pada putaran sekitar 600-700 rpm, kemudian membiarkannya selama + 5

menit untuk pemanasan.

f. Menaikkan putaran mesin, dari kondisi stasioner menjadi 1500 rpm dengan

(52)

g. Pada kondisi 1500 rpm dan mesin dibebani, didiamkan dahulu beberapa saat

hingga mesin sampai pada suhu ideal dan air pendingin yang keluar dari mesin

sekitar 600 C.

h. Selanjutnya beban ditambah dengan memutar hand wheel dinamometer

kekanan, sambil menjaga putaran tetap pada 5000 rpm, denagn membuka katup

trottle, sampai tachometer menunjukkan 5000 rpm.

Pengujian ini dilaksanakan pada saat trottle terbuka penuh. Setelah mesin

dijalankan pada langkah diatas, kemudian dilakukan langkah-langkah sebagai

berikut:

1. Mengurangi/menambah beban mesin secara perlahan dengan memutar

Handwhwel dynamometer sampai putaran yang diinginkan pada pengu-

kuran pertama yaitu 5000 rpm.

Setelah dynamometer disetimbangkan (mensesajarkan water pas), kemudian

membaca dan mencatat:

• Moment pada dynamo

• Waktu untuk mengkonsumsi bahan bakar tiap 100 cc

• Sikap manometer

• Suhu air masuk dan keluar mesin

• Debit air pendingin

• Kelembaban udara pada suhu sekitar (kelembaban kamar)

• Suhu pada lingkungan sekitar (suhu kamar)

(53)

2. Selanjutnya menurunkan putaran mesin sesuai rpm yang dikehendaki dengan

menambah pembebanannya, dalam pengujian ini dari 5000, 4500, 4000, 3500,

3000, 2500, 2000 dan 1500 rpm, pada setiap putaran data-data dicatat secara

bersamaan.

3. Untuk mengakiri pengujian ini, putaran mesin diturunkan dengan memutar

throttle kekiri dan diikuti dengan mengurangi beban secara perlahan-lahan, hingga

putaran tidak lebih dari 2000 rpm dan beban sampai 0 kg. Kemudian menurunkan

lagi putaran mesin hingga mencapai idle 700 rpm. Lalu mesin dapat dimatikan.

Karena pada penelitian Tugas Akhir ini dilakukan pengambilan data

sebanyak 2 kali untuk setiap bahan bakar, maka setelah pengambilan data yang

pertama selesai, mesin dimatikan terlebih dahulu dengan tujuan untuk

mendinginkan mesin selama 15 menit. Selanjutnya penngambilan data selanjutnya

dilakukan sama seperti pengambilan data yang pertama (dengan mengulangi

langkah kerja d) . Pendinginan mesin tidak terlalu diperlukan, karena mesin harus

pada suhu ideal.

Setelah pengambilan data mesin dengan bahan bakar premium selesai,

selanjutnya bahan bakar tersebut diganti dengan pertamax dan yang terakhir

adalah pertamax +. Pengambilan data untuk setiap pemakaian bahan bakar

dilakukan sebanyak 2 kali dengan langkah kerja yang sama dengan pengambilan

(54)

3.6 Parameter Dalam Perhitungan Motor Bakar

Data yang diambil pada penelitian Tugas Akhir ini meliputi :

• Putaran mesin.

• Beban pada dinamometer.

• Temperatur air yang masuk ke mesin.

• Temperatur air yang keluar dari mesin.

• Temperatur minyak pelumas.

• Temperatur gas buang.

• Tekanan udara atmosfir.

• Temperatur udara ruang.

• Kelembaban relatif udara selama pengujian.

• Perbedaan tekanan udara yang masuk melalui orifice. • Debit aliran air pendingin.

• Waktu konsumsi bahan bakar tiap 100 cc.

Dari penelitian Tugas Akhir ini hal-hal yang perlu diketahui meliputi:

• Daya yang dihasilkan dari bensin standar dan setelah menggunakan bahan

bakar campuran.

• Tekanan-tekanan yang terjadi pada mesin sebagai fungsi putaran.

• Konsumsi bahan bakar spesifik sebagai fungsi putaran.

• Efisiensi mesin sebagai fungsi putaran.

• Perbandingan campuran udara dan bahan bakar sebagai fungsi putaran.

Hal-hal tersebut diatas sangat mempengaruhi kinerja dari mesin, dan dapat

(55)

1. Torsi (T)

Torsi atau momen putar adalah gaya untuk memutar poros engkol.

Besarnya torsi dapat dicari dengan mengalikan gaya yang bekerja (beban pada

dinamometer) dengan panjang lengan pada dinamometer. (Sumber : Ir. Y.B.

Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin, Laboratorium Konversi

Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003)

l g m

T= ⋅ ⋅ (kg.m)

Keterangan :

m = Massa yang terukur pada dinamometer (kg)

l = Panjang lengan dinamometer (0,35 m)

g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s2)

2. Daya Efektif

(

N _e

)

Menyatakan daya yang diberikan ke poros penggerak oleh motor. (Sumber

: Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Hal 32)

716,2 n . T

N_e = (PS)

Keterangan :

n = Putaran poros mesin (rpm)

3. Tekanan Efektif

( )

P _e

Menyatakan tenaga output mesin tiap satuan volume silinder. Pada proses

pembakaran, campuran bahan bakar dan udara menghasilkan tekanan yang

bekerja pada piston, sehingga menghasilkan langkah kerja. Besaran tekanan yang

(56)

tekanan konstan yang bekerja pada piston dan menghasilkan kerja yang sama,

maka tekanan tersebut disebut dengan tekanan efektif rata-rata, yang didefinisikan

sebagai kerja per siklus per volume langkah torak. (Sumber : Wiranto

Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Hal 24)

.z.n.a V

N . 450000 P

L e

e = (kg/cm

2

)

Keterangan:

L

V = Volume langkah torak per silinder (cm3)

L D 4

V 2

L =

D = Diameter silinder (cm)

L = Panjang langkah piston (cm)

z = Jumlah silinder

n = Putaran poros engkol (rpm)

a = Jumlah siklus per putaran,

putaran siklus

= 1 untuk motor 2 langkah

= 2 1

untuk motor 4 langkah

4. Tekanan Indikasi

( )

P _i

Tekanan indikasi adalah tekanan rata-rata indikasi yang bekerja pada

piston selama langkah kerja. (Sumber : Wiranto Arismunandar, Motor Diesel

Putaran Tinggi, Hal 25)

m e i

P

(57)

m= Efisiensi mekanis untuk motor bensin = 0,7 – 0,85 (Sumber :

Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Hal 36)

i e m

P P =

5. Daya Indikasi

( )

N _i

Daya indikasi adalah daya yang dihasilkan didalam silinder. (Sumber :

Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Hal 28)

450000 a . n . z . V . P

N i L

i= (PS)

6. Daya Mekanis

(

N_m

)

Daya mekanis disebut juga daya gesek, yaitu selisih antara daya indikasi

dengan daya efektif. (Sumber : Wiranto Arismunandar, Motor Diesel Putaran

Tinggi, Hal 25)

e i

m N N

N = − (PS)

7. Tekanan Mekanis

( )

P_m

Tekanan mekanis adalah selisih antara tekanan indikasi dengan tekanan

efektif. (Sumber : Petrovsky, Marine Internal Combustion, Hal 57)

e i

m P P

P = − (kg/cm2)

8. Massa aliran udara masuk, ma (kg/s)

(Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin,

Laboratorium Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma,

2003)

⋅ ⋅ ⋅

⋅ ⋅ =

s kg p 2g d 4

(58)

Keterangan :

α = Koefisien aliran melalui orifice (α = 0,6)

ε = Faktor kompresibilitas udara

d = Diameter orifice (0,055m)

∆p = Perbedaan tekanan udara pada orifice (mm H2O)

ρa = Massa jenis udara basah pada suhu ruang (kg/m3)

w a s a n a 273 273 760 p p ⋅ + + ⋅ ⋅ − ⋅ = ϕ ϕ

ρn = Massa jenis udara kering pada suhu kamar 0 ºC dan tekanan absolut

760 mm Hg (1,293 kg/m3)

Pa = Tekanan atmosfer pada suhu pengujian (mm Hg)

Ps = Tekanan uap jenuh pada suhu pengujian (mm Hg)

( dapat dilihat pada Tabel 3.1 Hubungan antara θ- Ps, θ - ρw )

ρw = Massa jenis uap pada suhu pengujian (kg/m3)

( dapat dilihat pada Tabel 3.1 Hubungan antara θ- Ps, θ - ρw )

θa = Suhu udara ruang (ºC)

ϕ = Kelembaban relatif udara selama pengujian

k = Perbandingan kalor spesifik udara (1,4)

Faktor kompressibilitas udara

⋅ − ⋅ − ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − = + k 1 k a a a a a p 13,59 p p 13,59 p 13,59 p p 13,59 p p 13,59 1 k k k 2

(59)

d m 4 R

a a e

⋅ ⋅ ⋅

⋅ =

v = viskositas kinematik udara yang dihisap melalui orifice (m2/s) ( dapat dilihat pada Tabel 3.2 Hubungan antara θ - v , θ - w )

( ºC ) Ps(mmHg)

w( kg/m³

)

(ºC) Ps(mmHg) w(kg/m³)

0,0 4,581 0,00485 20,0 17,530 0,01730

1,0 4,925 0,00520 21,0 18,650 0,01834

2,0 5,292 0,00556 22,0 19,820 0,01943

3,0 5,682 0,00595 23,0 21,070 0,02058

4,0 6,098 0,00636 24,0 22,380 0,02179

5,0 6,540 0,00680 25,0 23,750 0,02306

6,0 7,010 0,00726 26,0 25,210 0,02438

7,0 7,511 0,00775 27,0 26,740 0,02578

8,0 8,042 0,00827 28,0 28,350 0,02725

9,0 8,606 0,00882 29,0 30,040 0,0278

10,0 9,205 0,00940 30,0 31,830 0,03039

11,0 9,840 0,01001 31,0 33,700 0,03207

12,0 10,514 0,01066 32,0 35,670 0,03384

13,0 11,230 0,01135 33,0 37,730 0,03569

14,0 11,980 0,01207 34,0 39,900 0,03762

15,0 12,780 0,01283 35,0 42,180 0,03964

(60)

17,0 14,530 0,01448 37,0 47,080 0,04396

18,0 15,470 0,01537 38,0 49,700 0,04627

19,0 16,470 0,01631 39,0 52,450 0,04869

20,0 17,530 0,01730 40,0 55,340 0,05120

Tabel 3.1 Hubungan Antara – Ps, – w

Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi Mesin, Laboratorium Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata Dharma, 2003

( ºC )

0 10 20 30 40

/s) (m 10

× 5 2 1,33 1,42 1,51 1,60 1,7

w ( kg/m³ ) 0,0048 0,0094 0,0173 0,0304 0,0512

Tabel 3.2 Hubungan Antara – , – w

9. Effisiensi pengisian, (charging efficiency, ηc)

2003)

n V

60 Z m

a a c

⋅ ⋅

⋅ ⋅ =

Keterangan :

(61)

= 2 untuk mesin 4 langkah

= 1 untuk mesin 2 langkah

V = Volume langkah total silinder (m3)

= 0,001497 m3

10. Perbandingan udara dan bahan bakar (Air to Fuel Ratio-AFR)

2003)

f a

m 3600 × m = AFR

Keterangan :

f

m = Konsumsi bahan bakar

1000 t

3600 b

m_f × _f

⋅ ⋅

= (kg/jam)

b = Volume buret pada pengujian (cc)

t = Waktu yang diperlukan untuk mengosongkan buret

ρf = Berat jenis bahan bakar (Bensin = 0,74 kg/l)

11. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Efektif

( )

B _e

Menyatakan ukuran penggunaan bahan bakar oleh motor, pada umumnya

dinyatakan dalam satuan massa bahan bakar per satuan keluaran daya. Atau dapat

juga didefinisikan dengan jumlah bahan bakar yang diperlukan oleh motor untuk

menghasilkan tenaga 1 HP dalam waktu 1 jam. Besarnya konsumsi bahan bakar

spesifik dinyatakan dengan : (Sumber : Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula

(62)

e f e

N m

B = (kg/HP jam)

12. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Indikasi

( )

B _i

Untuk mengukur banyaknya bahan bakar yang terpakai per jam untuk

setiap daya yang dihasilkan. (Sumber : Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula

Motor Bakar Torak, Hal 34)

i f i

N m

B = (kg/HP jam)

13. Laju massa gas buang

2003)

3600

m m

m f

a

g = + (kg/s)

14. Rugi energi pada gas buang (%)

Jumlah energi panas yang hilang bersamaan dengan keluarnya sisa gas

buang dari dalam silinder. (Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan

Praktikum Prestasi Mesin, Laboratorium Konversi Energi, Teknik mesin,

Universitas Sanata Dharma, 2003)

100% Q

Q

f g

g = ×

Keterangan :

Qg = Energi dalam gas buang

(

)

4,184

(

kW

)

C m

(63)

Cp(gas) = Panas jenis tekanan konstan (kkal/kg C), dapat dilihat pada Gambar

3.9

θg-in = Suhu udara masuk (°C)

θg-out = Suhu gas buang (°C)

Qf = Kalor ekivalen dalam konsumsi bahan bakar

⋅

⋅ =

3600 4,184 m

LHV

Q_f _f

LHV = Untuk bensin = 10500 kkal/kg

LHV = Untuk avgas = 10600 kkal/kg

Gambar 3.9 Hubungan Antara Specific Heat Constant Pressure of Combustion Exhaust Gas (C ) Dengan _pg Temperature Combustion Exhaust Gas ( _gz)

(64)

Jumlah energi panas yang hilang melalui air pendingin yang dialirkan ke

dalam mesin. (Sumber : Ir. Y.B. Lukiyanto,M.T., Panduan Praktikum Prestasi

Mesin, Laboratorium Konversi Energi, Teknik mesin, Universitas Sanata

Dharma, 2003).

100% Q

Q

f w

w = ×

Qw = Energi dalam air pendingin

(

)

4,184

(

kW

)

C m

Q_w = _w⋅ _p(w)⋅ _wg₋_out− _w₋_in ⋅

Keterangan :

mw = Laju air pendingin (kg/jam)

Cp(w) = Panas jenis tekanan konstan air (1 kkal/kg C);

θw-in = Suhu air pendingin masuk (°C)

θw-out = Suhu air pendingin keluar (°C)

16. Efisiensi Termal Efektif

( )

_e

Efisiensi termal efektif adalah daya efektif dibagi dengan hasil kali total

pemakaian bahan bakar per satuan waktu dan nilai kalor bawah bahan bakar.

(Sumber : Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Hal 33)

LHV . m

632 . N

f e e =

17. Efisiensi Termal Indikasi

( )

_i

Efisiensi termal indikasi adalah daya indikasi dibagi dengan hasil kali total

pemakaian bahan bakar per satuan waktu dan nilai kalor bawah bahan bakar.

(65)

LHV . m

632 . N

(66)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data perhitungan

4.1.1 Perhitungan Premium

Berdasarkan data yang diperoleh, maka kinerja mesin dapat dicari. Berikut

ini adalah perhitungan untuk mesin dengan menggunakan premium pada putaran

1500 rpm :

1. Torsi (T)

T = m . g. l (Nm)

T = 60 kg . 9,81 m/s2 . 0,35 m

= 206,01 Nm

= 21 kg.m

2. Daya Efektif

( )

N _e

2 , 716

n T

N_e = ⋅ (PS)

2 , 716

1500 21⋅ =

e

N

= 43,98 PS

= 43,36 HP (1Ps = 0,986 hp)

3. Tekanan Efektif

( )

P_e

a n z V

N P

L

e e

⋅ ⋅ ⋅

⋅

(67)

L D V_L 2

4

π

= (cm3)

(

cm

) (

cm

)

V_L 8,05 7,35 4

2

⋅ ⋅

=π

= 374,0839 cm3

5 , 0 1500 4 0839 , 374 366 , 43 450000 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = e P

= 17,636 kg/cm2

4. Tekanan Indikasi

( )

P_i

m e i P P η

= (kg/cm2)

m= Efisiensi mekanis untuk motor bensin = 0,7 – 0,85. (Sumber : Wiranto

Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Hal 36)

Diambil 0,85 85 , 0 636 , 17 = i P

= 20,748 kg/cm2

5. Daya Indikasi

( )

N_i

450000 a n z V P N i L

i

⋅ ⋅ ⋅ ⋅

= (PS)

450000 5 , 0 1500 4 0839 , 374 748 ,

20 ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

=

i

N

= 51,744 PS

(68)

6. Daya Mekanis

(

N_m

)

e i

m N N

N = − (PS)

366 , 43 019 , 51 − = m N

= 7,762 PS

= 7,6529 HP

7. Tekanan Mekanis

( )

P_m

e i

m P P

P = − (kg/cm2)

P_m =20,748−17,636

= 3,112 kg/cm2

8. Massa aliran udara masuk

(

m_a

)

p g

d

m_a =α⋅ε⋅π ⋅ ⋅ 2 ⋅ρ_a⋅∆ 4

2

(kg/s)

Massa jenis udara basah pada suhu ruang

w a s a n a P P ρ ϕ θ ϕ ρ ρ + ⋅ + ⋅ ⋅ − ⋅ = 273 273

760 (kg/m

3 ) 3 3 / 02878 , 0 89 , 0 29 273 273 760 040 , 30 89 , 0 725 / 293 , 1 m kg mmHg mmHg m kg a ⋅ + + ⋅ ⋅ − ⋅ = ρ

= 1,1354 kg/m3

Faktor kompressibilitas udara

(69)

⋅ − ⋅ − ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ − = + 4 , 1 1 4 , 1 4 , 1 2 725 59 , 13 7 725 59 , 13 725 59 , 13 75 , 6 725 59 , 13 7 725 59 , 13 1 4 , 1 4 , 1 ε = 0,9996

(

0,055

)

2 9,81 / 1,1354 7 4 9996 , 0 6 ,

0 2 2

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

= m kg s

m_a π

= 0,0178 kg/s

ma berlaku jika Re > 7400

ν π ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = d p m R a a e 4

(

m s

)

m m kg R_e / 10 582 , 1 055 , 0 14 , 3 / 1354 , 1 0178 , 0 4 2 5

3_⋅ _⋅ _⋅ _⋅ −

⋅ =

= 22922,58986

9. Effisiensi pengisian, (charging efficiency, ηc)

n V p Z m a a c ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = 60 η rpm m m kg s kg c 1500 001497 , 0 / 1354 , 1 60 2 / 018 , 0 3

3_⋅ _⋅

⋅ ⋅ =

η

= 0,837

10. Perbandingan udara dan bahan bakar (Air to Fuel Ratio-AFR) Konsumsi bahan bakar :

(70)

l kg s

cm

m_f 0,74 /

1000 12 , 77 3600 100 2 ⋅ ⋅ ⋅ =

= 3,454 kg/jam

f a

m m

AFR= ⋅3600

jam kg s kg AFR / 454 , 3 3600 / 0178 , 0 ⋅ =

= 18,535 kg/jam

11. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Efektif

( )

B_e

e f e

N m

B = (kg/HP.jam)

HP jam kg B_e 366 , 43 / 454 , 3 =

= 0,08 kg/HP.jam

12. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Indikasi

( )

B_i

i f i

N m

B = (kg/HP.jam)

HP jam kg B_i 019 , 51 / 1501 , 3 =

= 0,068 kg/HP.jam

13. Laju massa gas buang

( )

G_g

3600 f a g m m

(71)

3600 1501 , 3 0172 , 0 + = g m

= 0,019 kg/s

14. Rugi energi pada gas buang

f g g Q Q = η

Kalor ekivalen dalam konsumsi bahan bakar

= ⋅ ⋅ 3600 184 , 4 f

f LHV m

Q (kW)

⋅ ⋅ = 3600 184 , 4 454 , 3 10500 f Q

= 42,155 kW

Energi dalam gas buang

( )⋅

(

−

)

⋅4,184

⋅

= _g _p_gas _g₋_out _g₋_in

g m C

Q θ θ (kW)

(

475 29,3

)

4,184 / 263 , 0 / 019 ,

0 ⋅ ° ⋅ ° − ° ⋅

= kg s kkal kg C C C

Q_g

= 10,1021 kW

155 , 42 1021 , 10 = g η = 0,24

15. Rugi energi pada air pendingin

f w w Q Q = η ( )

(

)

3600 184 , 4 ⋅ − ⋅ ⋅

= _w _p_w _w₋_out _w₋_in

w m C

Q θ θ (kW)

(

)

3600 184 , 4 6 , 29 05 , 65 / 1 /

120 ⋅ ° ⋅ ° − ° ⋅

= kg jam kkal kg C C C

(72)

= 7,981 kW 155 , 42 981 , 7 = w η = 0,189

16. Efisiensi Termal Efektif

( )

η_e

LHV m N f e e ⋅ ⋅ = 632 η 10500 / 454 , 3 632 366 , 43 ⋅ ⋅ = jam kg HP e η = 0,756

17. Efisiensi Termal Indikasi

( )

η_i

(73)

4.1.2 Perhitungan Pertamax

Berdasarkan data yang dipero