Pengaruh Prosentase Campuran Pelumas
Mesin Bensin 2 Langkah Terhadap
Emisi Gas Buang
Nomor Soal : 626 / TA / FT_USD / TM / Januari / 2006
TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin
Diajukan oleh :
Lukas Dhanur Wahyu Gunawan
015214100
Kepada
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
EFFECT OF LUBRICANT MIXTURE PROSENTATION OF
2 STROKE ENGINE TO EXHAUST GAS EMISSION
Final Project
Presented as partitial fulfilment of the requirement as to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
by
LUKAS DHANUR WAHYU GUNAWAN Student Number : 015214100
TUGAS AKHIR
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTEMENT
ENGINEERING FACULTY
SANATA DHARMA
TUGAS AKHIR
Pengaruh Prosentase Campuran Pelumas Mesin Bensin 2
Langkah Terhadap Emisi Gas Buang
TUGAS AKHIR
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
INTISARI
Polusi yang dihasilkan dari gas buang dapat terjadi karena beberapa hal, antara lain : pembakaran yang tidak sempurna akibat dari campuran bahan bakar dan udara tidak optimum, prosentase campuran pelumas pada bahan bakar dan sebab yang lain. Berkembang isu bahwa mesin bensin 2 langkah dianggap sebagai sumber polusi sehingga penggunaannya akan dibatasi. Oleh karena itu perlu diketahui sejauh mana pelumas mesin 2 langkah pada campuran bahan bakar mempengaruhi kadar polutan pada gas buang.
Pada penelitian ini menggunakan satu jenis merk pelumas yang beredar dipasaran, yaitu PELUMAS 2T merk A.
Penelitian ini bertujuan untuk menyelidiki pengaruh pelumas mesin bensin 2 langkah terhadap kadar polutan pada gas buang. Penelitian terhadap gas buang menggunakan Stargass Mod.898 Exhaust Gas Analyser.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat rahmat dan kasih karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Pengaruh Prosentase Campuran Pelumas Mesin Bensin 2 Langkah Terhadap Emisi Gas Buang”.
Penulisan Tugas Akhir ini tidak akan berhasil tanpa bantuan dan dukungan dari berbagai pihak, baik yang terlihat secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, penulis menyampaikan banyak terima kasih secara khusus kepada:
1. Bapak Ir. Greg. Heliarko, SJ., S.S., B.S.T., M.A., Msc., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma.
2. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin sekaligus sebagai Dosen Pembimbing I yang telah memberikan bimbingan kepada penulis.
4. Seluruh dosen Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu, tetapi telah banyak membantu dan mengajarkan banyak hal kepada saya.
5. Sekretariat Program Studi Teknik Mesin yang telah membantu selama saya menjadi mahasiswa. Mas Tri, matur nuwun sanget selama ini banyak membantu dan memberi kemudahan.
6. Pihak Dinas Perhubungan Daerah Istimewa Yogyakarta yang telah meminjamkan alat penelitian, dan membantu dalam proses penelitian. 7. Bapak dan (alm) Ibu, tanpa Bapak dan Ibu saya tidak bisa menyelesaikan
Tugas Akhir ini, doa dan dukungan Bapak dan Ibu sudah membuahkan hasil.
Dan kepada seluruh rekan-rekan, terimakasih atas bantuan dan cinta hingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Saya merasa penelitian ini jauh dari sempurna. Oleh sebab itu saya mohon maaf atas kesalahan dan kelalaian yang saya lakukan saat melakukan penelitian, baik sikap, tutur kata, maupun tulisan. Saya juga menerima kritik dan saran yang membangun demi peningkatan dalam penelitian selanjutnya. Akhir kata saya mengucapkan terima kasih atas perhatiannya.
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUlL ... i
TITLE PAGE... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
DAFTAR DEWAN PENGUJI... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
INTISARI... vi
KATA PENGANTAR... vii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR GAMBAR... xii
DAFTAR TABEL ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah... 1
1.2 Tujuan Penelitian... 2
1.3 Manfaat Penelitian... 2
1.4 Batasan Masalah... 3
BAB II DASAR TEORI... 5
2.1 Bahan Bakar... 5
2.1.1 Bensin... 9
2.1.1.1 Sifat Utama Dari Bensin... 9
2.1.1.2 Syarat-Syarat Bensin... 10
2.1.1.3 Nilai Oktan... 10
2.6 Perbandingan Kompresi... 32
2.7 Reaksi Pembakaran... 33
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 38
3.1 Diagram Alur Penelitian... 38
3.3.3 Muller Bem 8690 Gass Analyser... 41
3.4.1 Persiapan Penelitian... 41
3.4.2 Cara Start... 42
3.5 Lokasi Penelitian... 43
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN... 44
4.1 Hasil Penelitian... 44
4.1.1 Bensin Murni... 44
4.1.2 Untuk 150 cc... 44
4.1.2.1 1 liter pelumas untuk 20 liter bensin... 44
4.1.2.21 liter pelumas untuk 30 liter bensin... 44
4.1.2.3 1 liter pelumas untuk 40 liter bensin... 45
4.1.3 Untuk Mesin uji Satria 120 cc... 45
4.1.3.1 1 liter pelumas untuk 20 liter bensin... 45
4.1.3.21 liter pelumas untuk 30 liter bensin... 45
4.1.3.3 1 liter pelumas untuk 40 liter bensin... 46
4.2 Grafik Hasil Penelitian... 47
4.2.1 Hasil percobaan untuk mesin uji 150cc... 47
4.2.2 Hasil percobaan untuk mesin uji 120 cc... 49
4.2.3 Grafik perbandingan hasil pengujian ... 51
BAB V PENUTUP ... 67 Gambar 2.1 Diagram P-V dan T-S siklus udara konstan...………. 16
Gambar 2.2 Torak dari mekanisme engkol ……….. 18
Gambar 2.3 Proses kerja motor 2 langkah……… 19
Gambar 2.4 Hubungan viskositas dengan temperatur……… 22
Gambar 2.5 Hubungan bahan bakar dan emisi gas buang……… 25
Gambar 2.6 Sumber utama polusi pada kendaraan bermotor………….. 31
Gambar 2.7 Pembakaran dan perubahan tekanan dalam silinder………. 35
Gambar 3.1 Ilustrasi pengukuran emisi gas buang……….. 43
Gambar 4.1 Kadar CO (% vol ) dalam gas buang 150 cc……… 47
Gambar 4.2 Kadar CO2 (% vol) dalam gas buang 150 cc……… 47
Gambar 4.3 Kadar HC (ppm) dalam gas buang 150 cc……… 48
Gambar 4.4 Kadar O2 (% vol) dalam gas buang 150 cc ……….. 48
Gambar 4.5 Perbandingan udara dan bahan bakar………... 49
Gambar 4.6 Kadar CO (% vol ) dalam gas buang 120 cc………. 49
Gambar 4.7 Kadar CO2 (% vol) dalam gas buang 120 cc………. 50
Gambar 4.8 Kadar HC (ppm) dalam gas buang 120 cc………. 50
Gambar 4.9 Kadar O2 (% vol) dalam gas buang 120 cc……….. 50
Gambar 4.10 Perbandingan udara dan bahan bakar………... 51
Gambar 4.11 Perbandingan CO 150 cc dan 120 cc...……… 51
Gambar 4.12 Perbandingan CO2 150 cc dan 120 cc... ……… 52
Gambar 4.14 Perbandingan O2 150 cc dan 120 cc ………... 53
Gambar 4.15 Perbandingan udara dan bahan bakar ………53
Gambar 4.16 Perbandingan CO 150 cc dan 120 cc ……… 54
Gambar 4.17 Perbandingan CO2 150 cc dan 120 cc ……….. 54
Gambar 4.18 Perbandingan HC 150 cc dan 120 cc ……….. 55
Gambar 4.19 Perbandingan O2 150 cc dan 120 cc ………... 55
Gambar 4.20 Perbandingan udara dan bahan bakar………... 56
Gambar 4.21 Perbandingan CO 150 cc dan 120 cc ………...56
Gambar 4.22 Perbandingan CO2 150 cc dan 120 cc ………...… 57
Gambar 4.23 Perbandingan HC 150 cc dan 120 cc ………... 57
Gambar 4.24 Perbandingan O2 150 cc dan120 cc ……….. ...57
DAFTAR TABEL
BAB I PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang Masalah
Kendaraan bermotor telah lama diketahui menjadi salah satu sumber polusi udara. Bahkan di banyak kota besar dunia, gas-gas beracun yang dikeluarkan jutaan knalpot, setiap harinya berpotensi menimbulkan masalah serius bagi kesehatan manusia. Belakangan sorotan tajam pun diarahkan kepada sepeda motor 2 tak yang dianggap sebagai penyebar polutan paling tinggi, sehingga pergerakannya perlu dibatasi. Pemerintah sejak tahun 2003 telah mengeluarkan peraturan yang mengharuskan industri otomotif untuk membuat produk yang lebih ramah lingkungan. Bahkan angka penjualannya di Indonesia menunjukkan tren menurun. Apalagi kini pemerintah daerah terutama yang populasi kendaraannya besar berencana untuk memperketat aturan emisi gas buang. DKI Jakarta misalnya, berencana menerapkan ketentuan KIR bagi motor dua langkah ini.
(2001) dan 348.162 unit (2002), pada tahun 2003 menurun ke angka 321.055 unit. Kondisi ini terus berlanjut memasuki tahun 2004 dengan penjualan sebesar 296.060 unit. Hal yang berbeda terjadi pada pasar motor 4-tak yang terlihat semakin digemari. Pemerintah sendiri telah mengeluarkan peraturan Kepmen LH No. 141/2003 tentang emisi gas buang. Secara efektif regulasi ini mulai diberlakukan secara bertahap pada tanggal 1 Januari 2005, yang intinya pabrikan otomotif diwajibkan untuk memproduksi kendaraan yang rendah emisi dengan standar Euro-2.
Dan untuk mengurangi kadar emisi gas buang pada kendaraan 2-tak yang akan diproduksi diharapkan dilengkapi dengan pemasangan teknologi peredam polusi, misalnya dengan pemasangan teknologi air induction system (AIS). Fungsinya sebagai penambah udara bersih (O2) di sistem gas buang. Prinsip kerjanya adalah mengubah racun hidrokarbon (HC) dan karbon monoksida (CO) menjadi karbondioksida (CO2) dan uap air. Oeh karena itu sangat penting mengetahui prosentase campuran pelumas yang paling baik bagi lingkungan.
1. 2 Tujuan Penelitian
1. 3 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah agar pemakai kendaraan bermotor, khususnya mesin bensin 2-langkah dapat menentukan prosentase campuran pelumas mesin yang paling baik pada campuran bahan bakar sehingga mesin dapat bekerja dengan maksimal dan dapat mengurangi kadar polutan dari gas buang.
1. 4 Batasan Masalah
Saat ini penggunaan mesin bensin 2-langkah lebih dibatasi untuk dapat mengurangi polusi terlebih dikawasan perkotaan. Kadar polutan dalam gas buang
mengandung beberapa unsur yang berbahaya bagi kesehatan misalnya CO, H2O, Nox, Timah dan unsur-unsur berbahaya lainnya. Pada penelitian ini ada pembatasan masalah, yaitu meneliti tentang pengaruh
prosentase campuran pelumas pada campuran bahan bakar (bensin) terhadap gas buang pada mesin bensin 2 langkah untuk mengetahui prosentase campuran pelumas dan bahan bakar yang paling baik bagi kinerja mesin dan gas buang. Pengujian akan dilakuakan dilakukan menggunakan mesin Vespa Super 150 cc, dan Suszuki Satria 120 cc, sedangkan untuk pengujian gas buang akan diuji dengan menggunakan Muller Bem 8690 Exhaust Gas Analyser, Stargass mod. 898.
1. 5 Hipotesa
akan menimbulkan polusi. Sehingga dari data yang diperoleh dari berbagai prosentase campuran pelumas pada bahan bakar dapat diketahui prosentase perbandingan campuran bahan bakar dan pelumas yang memiliki kadar pencemaran ( polutan ) terendah.
BAB II DASAR TEORI
2. 1 Bahan Bakar
Pengertian umum dari bahan bakar adalah bahan yang apabila dibakar dapat meneruskan proses pembakaran tersebut dengan sendirinya, dengan disertai adanya kalor.
Ada beberapa tipe bahan bakar yang digunakan pada kendaraan. Beberapa diantaranya berisikan racun dan zat kimia yang mudah terbakar, dan ini harus ditangani dengan hati-hati. Menggunakan tipe bahan bakar harus sesuai agar tidak terjadi kesalahan, karena ini dapat menyebabkan kerusakan bekerjanya komponen mesin. Oleh karena itu, penting untuk mengetahui perbedaan tipe bahan bakar, dan cara penanganannya yang benar.
Sifat-sifat fisik dan kimia dari bensin atau bahan bakar cair yang berasal dari minyak bumi adalah tersusun terutama oleh: paraffin, aromatic, isoparafin, naptena dan hidrokarbon atau campuran beberapa senyawa hidrokarbon yang terdiri dari C5 sampai C16. Senyawa hidrokarbon ini bersifat mengikat unsur S, O,
Beberapa sifat bahan bakar minyak adalah sebagai berikut:
• Kadar Hidrogen ( menurut Schmidt, Fuel Oil Manual, 3rd Industrial Press ) adalah sebesar 26 – 15 s, (s : berat jenis pada 60 °F) dengan syarat tidak mengandung belerang ( S ), ketelitian = 1 %.
• Berat jenis pada suhu ambient , dikoreksi untuk 60 °F:
ºAPI =
• Flammable liquid dengan cirri – cirri: * Flash point < 140 ºF
* Tekanan uap ≤40 psi pada 100 ºF
Spesifikasi yang penting untuk diperhatikan pada bahan bakar adalah sebagai berikut:
a. Nilai kalor ( Heating Value ) atau kalor pembakaran
dengan nilai kalor atas dikurangi nilai kalor yang digunakan oleh air yang terkandung dalam bahan bakar untuk menguap pada suhu 25
o
C pada tekanan tetap disebut nilai kalor bawah. b. Kandungan belerang
Bila bahan bakar mengandung belerang maka akan mengurangi kualitas bahan bakar, karena belerang akan membentuk gas belerang oksida ( SO2 ) dan gas belerang trioksida ( SO3 ) yang bersifat
sangat korosif dan meracuni udara. c. Berat jenis ( Spesific Gravity )
Berat jenis dinyatakan dalam satuan gram / ml dalam derajad API., dalam lb / gallon dan derajad Baume. Berat jenis disingkat dengan Sp gr atau Sg. Berat jenis bahan bakar cair akan berubah karena
suhu karena adanya ekspansi, terlebih untuk bahan bakar gas. Hubungan antara berat jenis dengan sifat bahan bakar minyak adalah sebagai berikut :
a. Untuk pembakaran pada volume tetap
Nilai kalor atas = 22,230 – (3,370 x (Sg)2) Btu/lb b. Untuk pembakaran tekanan tetap
Nilai kalor bawah = 19.960 – (3.780 x (Sg)2) + (1,362 xSg )
c. Persen Hidrogen
% H = 26- (15 x Sg )
=
• Memerlukan lebih banyak kalor untuk penguapan
• Menurunkan titik nyala
• Memperlambat proses pembakaran
• Menambah volume gas buang
Klasifikasi minyak bumi dalam hal ini bensin yang dianggap terbaik adalah menurut “US Bureau of Minners” dengan dasar API gravity dan fraksi kunci yang diperoleh dari destilasi minyak mentah dengan menggunakan alat destilasi berstandar dari Hempel. Ada 2 fraksi kunci pada minyak bumi :
• FK nomor 1:
* berat jenis 40 API dengan dasar paraffin
• FK nomor 2:
* 30 º API : dasar paraffin * 20 - 30º Api : dasar menengah * 20 º API : dasar naptane
Sampai saat ini bahan bakar yang digunakan pada mobil termasuk bensin dan solar, sementara itu beberapa negara ada yang menggunakan alkohol, LPG dan bahan bakar lainnya. Disini akan dijelaskan mengenai bahan bakar bensin.
2. 1. 1 Bensin
2. 1. 1. 1 Sifat Utama dari Bensin
Bensin mengandung hydrocarbon hasil sulingan dari produksi minyak mentah. Bensin mengandung gas yang mudah terbakar, umumnya bahan bakar ini digunakan untuk mesin bensin dengan pengapian busi. Sifat yang dimiliki bensin sebagai berikut :
1. Mudah menguap pada temperatur normal 2. Tidak berwarna, tembus pandang dan berbau 3. Mempunyai titik nyala rendah (-10° sampai -15° C)
4. Mempunyai berat jenis yang rendah (0,60 sampai 0,78 kg/m3) 5. Dapat melarutkan oli dan karet
Mesin bensin saat ini menggunakan bensin dengan komposisi yang seimbang untuk memperoleh kemampuan yang optimal pada beberapa tingkat kecepatan.
2. 1. 1. 2 Syarat-syarat Bensin
Kualitas berikut ini diperlukan oleh bensin untuk memberikan kerja mesin yang lembut.
1. Mudah terbakar
Pembakaran serentak di dalam ruang bakar dengan sedikit knocking. 2. Mudah menguap
Bensin harus mampu membentuk uap dengan mudah untuk memberikan campuran udara – bahan bakar dengan tepat saat menghidupkan mesin yang masih dingin.
3. Tidak beroksidasi dan bersifat pembersih
Sedikit perubahan kualitas dan perubahan bentuk selama disimpan. Selain itu juga bensin harus mencegah pengendapan pada system intake.
Nilai oktan (octane number) atau tingkatan dari bahan bakar adalah suatu bilangan yang menunjukkan kemampuan bertahan suatu bahan bakar terhadap gejala detonasi. Bensin dengan nilai oktan lebih tinggi tidak mudah berdetonasi, semakin tinggi nilai oktan akan semakin kecil kemungkinan terjadinya detonasi. Karena disamping menimbulkan gangguan suara , detonasi ini juga dapat merusak bagian-bagian motor seperti silinder, piston, ring piston dan bagian motor yang lain.
Ada dua cara yang digunakan untuk mengukur nilai oktan : Research method dan Motor method.
Research method adalah yang paling umum digunakan, dan spesifikasi nilai
oktannya dengan metode ini ditetapkan dengan istilah “RON” (Research Octane Number). Perbedaan kedua metode diatas adalah pada motor method
menggunakan motor pada kecepatan yang lebih tinggi dan temperatur campuran gas yang lebih tinggi daripada metode research method. Sehingga dalam pemakaiannya secara definisi, antara research method dan motor method dapat dikatakan sama. Namun demikian biasanya angka oktan yang ditunjukkan dari motor method akan cenderung lebih rendah dari pada research method.
digunakan pada mesin dengan kompresi yang rendah (dapat ditunjukkan dengan perbandingan kompresi ), tidak akan menghasilkan tenaga yang besar. Dan apabila motor dengan perbandingan kompresi tinggi menggunakan bahan bakar dengan nilai oktan rendah maka akan terjadi detonasi sehingga tenaga yang dihasilkan akan lebih rendah dan kemungkinan rusaknya bagian-bagian motor akan bertambah.
Mesin yang mempunyai perbandingan kompresi yang tinggi memerlukan bahan bakar bensin yang mempunyai nilai oktan yang tinggi untuk menghilangkan knocking dan menghasilkan putaran yang lembut.
2. 2 Mesin
Seperti kita ketahui roda-roda suatu kendaraan memerlukan adanya tenaga luar yang memungkinkan kendaraan dapat bergerak serta dapat mengatasi keadaan, jalan, udara, dan sebagainya. Sumber dari luar yang menghasilkan tenaga disebut mesin. Mesin merupakan alat yang merubah sumber tenaga panas, listrik, air,
angin, tenaga atom, atau sumber tenaga lainnya menjadi tenaga mekanik (mechanical energy). Mesin yang merubah tenaga panas menjadi tenaga mekanik disebut motor bakar (thermal engine).
Motor bakar ada beberapa macam. Mesin bensin, mesin diesel, mesin turbin, dan lain-lainnya, yang menghasilkan tenaga panas yang dihasilkan dari dalam mesin itu sendiri, disebut motor pembakaran dalam (internal combustion engine). Sebagai contohnya, mesin bensin, mesin diesel, mesin turbin. Tenaga yang
(eksternal combustion engine). Contohnya, mesin uap, mesin turbin dan lain-lainnya.
Mesin yang tenaganya digunakan pada mobil harus kompak, ringan, dan mudah ditempatkan pada ruangan yang terbatas. Selain itu mesin harus dapat menghasilkan kecepatan yang tinggi dan tenaga yang besar, mudah dioperasikan dan sedikit menimbulkan bunyi. Oleh sebab itu mesin bensin dan diesel umumnya lebih banyak digunakan pada kendaraan. Karakteristik mesin bensin adalah sebagai berikut:
a. Kecepatannya tinggi dan tenaganya besar b. Mudah pengoperasiannya
c. Pembakarannya sempurna
d. Umumnya digunakan untuk mobil penumpang dan kendaraan truk yang kecil, dan sebagainya.
e. Pencampuran bahan bakar dan udara terjadi di karburator.
f. Metode penyalaan bahan bakar dengan percikan bunga api dari busi. g. Getaran dan suara yang dihasilkan relative lebih kecil
h. Efisiensi termalnya antara 20 % -30 %
i. Perhitungan dilakukan dengan menggunakan siklus Otto.
2. 2. 1 Mesin Bensin
2.2. 1. 1 Prinsip Kerja Mesin Bensin
terbakar dengan adanya api dari busi, maka akan menghasilkan tekanan gas pembakaran yang besar di dalam silinder. Tekanan gas pembakaran ini mendorong torak ke bawah, yang kemudian menggerakkan torak turun naik dengan bebas di dalam silinder. Dari gerak lurus (naik turun) torak diubah menjadi gerak putar pada poros engkol melalui batang torak. Gerak putar inilah yang menghasilkan tenaga pada mobil. Posisi tertinggi yang dicapai oleh torak di dalam silinder disebut titik mati atas (TMA), dan posisi terendah yang dicapai torak disebut titik mati bawah (TMB). Jarak bergeraknya torak antara TMA dan TMB disebut langkah torak (stroke). Campuran udara dan bensin dihisap ke dalam silinder dan gas yang telah terbakar harus keluar, dan ini harus berlangsung secara tetap. Pekerjaan ini dilakukan dengan adanya gerakan torak yang turun-naik di dalam silinder. Proses menghisap campuran udara dan bensin ke dalam silinder, mengkompresikan, membakarnya dan mengeluarkan gas bekas dari silinder, disebut satu siklus. Mesin yang tiap siklusnya terdiri dari dua langkah torak disebut mesin 2 langkah (two stroke engine). Poros engkolnya berputar satu kali selama torak menyelesaikan dua
langkah. Sedangkan mesin lainnya, tiap siklusnya terdiri dari empat langkah torak. Mesin ini disebut mesin empat langkah torak (four stroke engine). Poros engkol berputar dua putaran penuh selama torak menyelesaikan empat langkah dalam tiap satu siklus. .
2. 2. 1. 2. Siklus Kerja Motor Bensin
Dalam analisis siklus udara, khususnya pada motor bakar torak ada tiga macam analisis, yaitu:
1. Siklus udara volume-konstan (siklus Otto) 2. Siklus udara tekanan-konstan (siklus Diesel) 3. Siklus udara tekanan-terbatas (siklus gabungan)
Dalam pembahasan ini penulis menggunakan siklus otto volume-konstan untuk melakukan perhitungan pada motor bensin.
Untuk menjelaskan makna dari diagram p-v pada motor torak terlebih dahulu perlu kita pakai beberapa idealisasi, sehingga prosesnya dapat dipahami secara lebih mudah. Proses yang sebenarnya (aktual) berbeda dengan proses yang ideal tersebut, dimana perbedaan tersebut menjadi semakin besar jika idealisasi yang digunakan itu terlalu jauh menyimpang dari keadaan yang sebenarnya, proses siklus yang ideal itu biasa disebut dengan siklus udara, dengan beberapa idealisasi sebagai berikut:
1. Fluida kerja dalam silinder adalah udara, dimana udara dianggap sebagai gas ideal dengan konstanta kalor yang konstan.
2. Proses ekspansi dan kompresi berlangsung secara isentropik. 3. Proses pembakaran dianggap proses pemanasan fluida kerja.
4. Pada akhir proses ekspansi, yaitu saat piston mencapai TMB, fluida kerja didinginkan sehingga tekanan dan suhunya turun mencapai tekanan dan suhu udara luar (atmosfer).
Pada gambar (3.1) menunjukkan siklusudara volume konstan (siklus otto): 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 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
Gambar 2.1 Diagram P-V dan T-S Siklus Udara Konstan ( Siklus otto )
(Sumber: Wiranto Arismunandar,Motor Bakar Torak, hal 15)
2. 2. 1. 2 Prinsip Kerja Mesin 2 Langkah
telah sedikit dimampatkan oleh gerakan torak sendiri, sehingga campuran bahan bakar dengan udara tersebut akan masuk kedalam silinder melalui lubang bilas tersebut yang akan mendorong gas sisa pembakaran keluar dari dalam silinder. Proses ini akan berjalan terus sehingga torak sampai pada TMB dan bergerak ke atas kembali sampai torak penutup lubang isap atau lubang bilas dan lubang buang. Pada saat lubang bilas telah tertutup dan lubang buang masih terbuka, proses pembuangan masih terjadi yang berarti sebagian kecil gas baru yang baru masuk ke dalam silinder akan ikut terbuang. Setelah kedua lubang tersebut tertutup maka terjadilah langkah kompresi dimana campuran bahan bakar dan udara yang ada dalam silinder dimampatkan oleh gerakan torak menuju TMA yang selanjutnya akan mengulang proses pembakaran dan seterusnya, yang berarti untuk memenuhi satu siklus hanya diperlukan satu kali putaran poros engkol.
Gambar 2-2. Torak dari mekanisme engkol.
(Sumber: Wiranto Arismunandar,Motor Bakar Torak, hal 15)
Poros engkol Silinder
Torak
Gambar 2-3. Proses Kerja Motor 2 langkah
(Sumber: Wardan Suyanto, Teori Motor Bensin, hal 26)
2. 3 Pelumasan
Pelumasan pada motor adalah hal yang sangat penting agar motor tetap dapat bekerja dengan baik tanpa ada bagian mesin yang rusak karena gesekan. Memang gesekan tidak dapat dihilangkan sama sekali, tetapi harus dikurangi sampai serendah mungkin agar tidak merusak bagian motor dan tidak mengurangi tenaga yang dihasilkan. Apabila motor beroperasi tanpa ada pelumasan sama sekali, barangkali akan bertahan beberapa menit saja dan kemudian akan macet, karena bagian yang bergesekan menjadi leleh dan menyatu sehingga tidak dapat bergerak lagi. Oleh karena itu pelumasan pada motor harus diperhatikan baik sisitem pelumasan atau jenis pelumas yang digunakan.
Pelumas merupakan campuran hidrokarbon ( yang merupakan bahan dasar / base-stock ) yang ditambah dengan zat-zat kimia tertentu yang bertujuan untuk meningkatkan kualitas pelumas tersebut. Zat-zat tersebut disebut dengan zat aditif. Pelumas diperoleh melalui proses destilasi dari minyak bumi. Pelumas modern merupakan cairan yang kompleks, sebagaimana juga fungsi-fungsinya antara lain:
1. Menghalangi kontak logam yang dapat menyebabkan aus
4. Mendispersikan pengotor agar tidak terjadi pengendapan 5. Mendinginkan onderdil mesin terutama piston
6. Menjaga agar pelumas itu sendiri tidak mengurai / rusak
Dari berbagai fungsi tersebut diatas maka pelumas harus memiliki sifat tahan uji liat. Hal penting yang harus diperhatikan dalam pemilihan pelumas adalah viskositas atau kekentalan pelumas. Viskositas adalah ukuran tahanan yang
dialami manakala suatu lapisan cairan bergerak relative terhadap lapisan berikutnya. Makin viskos, maka akan semakin besar tahanan internal atas gerak. Viskositas ini nantinya juga akan menentukan tebal lapisan film pada permukaan logam yang akan mencegah keausan. Viskositas dipengaruhi oleh tiga hal utama yaitu; komposisi pelumas, suhu dan tekanan.
Viskositas pelumas akan menurun bila suhu meningkat. Oleh karena itu viskositas pelumas harus dipilih mana yang paling sesuai. Akibat yang ditimbulkan biala terjadi kesalahan dalam pemilihan pelumas dari faktor viskositas antara lain:
* Bila pelumas terlalu kental, akan berakibat seretan mesin meningkat. Akibatnya;
a. Mengganggu start
b. Mengurangi daya dan efisiensi pendinginan mesin c. Meningkatkan konsumsi bahan bakar
d. Memperbesar aus
e. Mempertinggi suhu operasi
a. Boros bahan bakar
b. Bocoran pelumas bertambah c. Suara mesin bertambah bising
d. Gesekan akibat kontak antara logam meningkat e. Ausan meningkat.
Gambar 2-4. Hubungan Viskositas minyak dan temperature (Sumber: Wardan Suyanto, ,Teori Motor Bensin, hal 412)
Adapun jenis zat aditif yang sering ditambahkan pada bahan dasar adalah sebagai berikut:
• Zat pencegah karat ( Corrossion inhibitor )
• Zat penambah ketahanan tekanan tinggi
• Zat anti buih
• Zat peningkat indeks kekentalan ( Viscosity index improver )
2. 3. 1 Pelumas (oli samping)
Oli samping berbeda dengan oli mesin, karena oli mesin pada mesin 4-tak dibuat agar tidak mudah terbakar. Pada mesin 2-tak menggunakan pelumas yang dicampur pada bahan bakar yang kemudian akan terbakar bersama bahan bakar diruang bakar. Bila pelumas mesin untuk 4-tak digunakan pada mesin 2-tak akan berakibatkan pelumas yang tidak terbakar akan menimbulkan penyumbatan saluran-saluran mesin. Pelumas pada mesin 2-tak selain berfungsi melumasi crank shaft motor juga telah diberi aditif yang mudah terbakar. Dengan demikian
diharapkan gas buang tidak meninggalkan banyak arang yang akan menurunkan kinerja motor. Pelumas ini juga berfungsi melumasi mesin / piston, oleh karena itu diharapkan pelumas dan bahan bakar tercampur dengan baik dan terbakar sempurna sehingga kerja mesin tetap prima dan gas buang yang dikeluarkan tidak terlalu banyak mengandung CO. Untuk mengukur performance dari pelumas dapat dilihat dari asap, kebersihan mesin dan penyumbatan pada katup buang. Sehingga pelumas tersebut harus memenuhi spesifikasi dari pabrik pembuat motor.
Spesifikasi pelumas untuk mesin 2-tak antara lain : API ( American Petroleum Instistute) : TA, TB, TC
JASO (Japanese Automobile Standard Organization): FA, FB, FC ISO (International Organization of Standardization) : EGB, EGC
Seperti pelumas pada mobil, semakin tinggi abjadnya maka spesifikasinya makin tinggi dan makin baik kualitasnya.
Spesifikasi
Katagori
API SE, SF, SG, SH, SJ dan katagori baru di masa datang ILSAC GP-1, GP-2 dan standar baru di masa datang
ACEA A1, A2, A3 dan standar baru di masa datang CCMC G-4 dan G-5
Sumber: BP
Tabel 2.2. Klasifikasi Unjuk Kerja Pelumas
Parameter Terukur
Klasifikasi MA MB
Prosedur Test
Indeks Friksi Dinamis DFI >= 1.45 < 1.45 JASO T 904-98 Indeks Friksi Statis SFI >= 1.15 < 1.15
2. 4 Gas Buang 2. 4. 1 Gas Buang
Pada proses pembakaran bahan bakar konvensional ( bukan nuklir ) tidak mungkin dihindari kemungkinan timbulnya pencemaran, baik berupa komponen-komponen dalam gas asap yang bersifat racun yang mengganggu kesehatan maupun yang bersifat pencemaran kalor.
Gambar 2-5. Hubungan Perbandingan Udara dan Bahan Bakar terhadap Emisi Gas Buang
Gas buang dari kendaraan bermotor sangat berbahaya karena dapat mengotori udara. Selain itu gas buang juga sangat berbahaya bagi kesehatan. Ada empat emisi pokok yang dihasilkan oleh kendaraan yaitu: Hidrokarbon ( Hc ), Karbon Monoksida ( Co ), Nitrogen Oksida ( NOx ), dan Partikulat yang keluar dari
gas buang. Dalam bagian ini akan dibahas campuran gas buang dan mempelajari cara pengontrolannya. Bagian dari gas buang yang dapat mengganggu kesehatan adalah :
1. Karbon dioksida ( CO2 )
CO2 ( karbondioksida) menunjukkan hasil pembakaran di dalam mesin. Angka idealnya harus diatas 12%. Semakin tinggi nilainya, makin baik pembakaran yang terjadi. Artinya, energi yang dibakar pun makin banyak. Bila nilai CO2 di bawah 12%, artinya campuran bahan bakar dengan udara kurang tepat atau ruang bakar yang kotor.
2. Karbonmonoksida ( CO )
Bila kadar CO terlalu besar maka dapat dilakukan pengecekan pada karburator / filter udara kotor, choke karburator menutup, intake manifold / inlet kepala silinder kotor, hingga sampai kebocoran kompresi dari klep. Efek bagi manusia adalah dapat mengakibatkan pusing, mual dan gas ini bila terhirup akan mengganggu pernafasan karena dapat bereaksi dengan hemoglobin dalam darah sehingga akan menghambat transfer oksigen. Selain itu Gas ini dapat mematikan bila terlalu lama terhirup seseorang didalam ruangan.
3. Timah
Untuk mempertinggi ketetapan pukulan dari bensin, perlu ditambah dengan campuran timah. Ini dapat mengakibatkan timbulnya bagian-bagian abu dari timah dengan ukuran kira-kira 1 mikron. Terlebih pada lalu lintas kota yang padat. Berdasarkan penelitian-penelitian, kandungan timah dalam kadar tertentu dapat menurunkan tingkat kecerdasan terutama pada anak-anak. Penggunaan bensin sebagai bahan pembersih dapat juga merusak kesehatan.
4. O2 (oksigen)
setelan bahan bakar terlalu irit. Semakin dekat nilai O2 ke angka 0, maka semakin baik proses pembakaran yang terjadi
5. Zat hidro karbon ( HC )
Didalam gas buang terdapat pula zat hidro karbon yang belum terbakar. Banyaknya tergantung pada keadaan waktu berjalan misalnya; berputar ditempat, kecepatan normal, mengerem. Terlebih pada saat mengerem, prosentase zat hidro karbon akan mencapai tingkat tertinggi, karena kehampaan dibawah katup gas lebih besar dari putaran stasioner. HC ini biasanya timbul dikarenakan bahan bakar belum sempat terbakar tetapi ikut keluar bersama gas buang ke atmosfer. Atau dapat pula terjadi karena proses pembakaran tidak sempurna, sehingga ada bahan bakar yang belum terbakar dan keluar masih dalam bentuk hidro karbon, atau dapat pula disebabkan karena penguapan bahan bakar. Untuk menekan kadar HC maka kita dapat memeriksa kompresi di ruang bahan bakar dan sistem pengapian. HC ini bisa menyebabkan pedih dimata, tenggorokan sakit, mengganggu paru-paru, dan penyakit lain atau bahkan dapat mengakibatkan kanker.
6. Oksida nitrogen ( NOx )
atau lebih, Nitrogen dan Oksigen dalam campuran udara dan bahan bakar akan membentuk NOx. Oksida ini akan menghasilkan warna coklat kotor pada gas buang. NOx akan bertambah pada motor yang
menggunakan perbandingan kompresi yang tinggi dan campuran bahan bakar dengan udara sedikit. Efek buruk dari gas ini adalah :
• merusak tanaman dan binatang
• menimbulkan iritasi pada saluran pernafasan
• bersifat korosif terhadap logam
• dapat menimbulkan hujan asam oleh asam nitrat di atmosfer
• bila bereaksi dengan senyawa organik ( uap / gas )dan sinar matahari akan mengakibatkan kabut fotokimia
• Terasa pedih dimata
• Mengganggu paru-paru.
7. Gas Belerang Oksida ( SOx )
Terjadi karena proses SO2 + SO3 , biasanya gas SO2 terbentuk
dalam dapur karena oksidasi dari SO2 menjadi SO3 . Gas ini dapat
mengakibatkan terbentuknya asam belerang ( H2SO3 ) bila terjadi
kontak dengan air. Asam belerang ini bersifat korosif terhadap logam dan merusak instalasi dapur. Gas SO2 dan SO3 membentuk kabut di
8. Partikulat
Partikulat adalah padatan atau cairan yang sangat kecil / lembut yang tersuspensi pada zat asam. Partikel ini biasanya berwarna hitam. Partikel-partikel semacam ini sering terlihat pada mesin diesel, sedangkan pada mesin bensin gejala ini tidak begitu nampak karena pembakarannya relative lebih sempurna. Partikulat yang terlepas ke udara dapat berakibat:
* terganggunya penglihatan karena kabut partikulat * dapat menyebabkan bronchitis, emphysema dan kanker
Sebagai dasar pembanding, kita dapat mengacu pada ambang batas untuk polutan berdasar Keputusan Menteri Lingkungan Hidup NOMOR : KEP-35/MENLH/10/1993, Pasal 2 ayat 1c adalah :
1. CO = 4,5 % 2. HC = 1200 ppm
Berbagai cara dan metode untuk membatasi dan dan mengontrol emisi dari motor telah dilakukan. Salah satunya dengan pengujian emisi gas buang. Sedangkan cara pengontrolan emisi gas buang adalah sebagai berikut, antara lain;
• system PCV ( Positive Crankchase Ventilation ),
• pemanasan uadra yang masuk penyaring
• system pengontrol penguapan bahan bakar
• injeksi udara
• Catallytic converter
Gambar 2-6. Sumber Utama Polusi Pada Kendaraan Bermotor (Sumber: Wardan Suyanto, Teori Motor Bensin, hal 347)
2. 4. 2 Alat Penguji Gas Buang
Susunan polutan dari gas buang dapat ditentukan dengan alat penguji gas buang. Alat ini dipakai untuk menentukan apakah campuran yang diisap itu miskin, baik atau kaya (dapat dilihat pada harga λ ). Bila campuran adalah kaya berarti
dan Barenschot, 1994). Alat uji ini menggunakan sumber tenaga dari arus AC, sedangkan gas buang yang keluar diukur dengan menggunakan sensor yang dimasukkan kedalam lubang exhaust atau knalpot. Dengan menganalisa kadar kandungan dari gas buang dapat diketahui pula kerusakan-kerusakan pada motor seperti kerusakan pada karburator, kerusakan mekanis dari motor, pada bagian yang lainnya. Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah Stargass Mod. 898.
2. 5 Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (SFC)
Untuk motor yang tidak berjalan , pemakaian bahan bakarnya ditetapkan dalam kg tiap kilo Watt jam ( kWh ). Inilah yang disebut pemakaian bahan bakar spesifik dan untuk mobil digunakan cara pemakaian bahan bakar seperti ini untuk mengadakan perbandingan “penghematan” dari motor sejenis dan untuk menentukan frekwensi putar yang paling ekonomis.
Untuk mencapai pemakaian bahan bakar spesifik terendah adalah bila motor berputar dengan frekwensi putar tertentu dengan pembebanan tertentu pula atau dengan kata lain pada saat isian silinder dalam posisi paling menguntungkan. Sehingga dapat dikatakan bahwa semakin kecil motor itu dibebani maka akan semakin tinggi pemakaian bahan bakar spesifiknya (Arends dan Berenschot, 1994).
2. 6 Perbandingan Kompresi
didalam silinder diatas piston pada saat piston berada di TMB dengan jumlah volume udara di ruang bakar diatas piston saat piston berada pada TMA. Perbandingan kompresi untuk mesin bensin 2 langkah secara teoritis dapat dituliskan sebesar 6 - 8,5. Perbandingan kompresi yang tinggi akan menghasilkan tenaga yang lebih besar karena tekanan awal pembakaran menjadi semakin tinggi.
Selain keuntungan diatas, motor dengan perbandingan kompresi tinggi mempunyai kelemahan mudah terjadi detonasi bila tidak diikuti dengan pemakaian bahan bakar beroktan tinggi ( Suyanto, 1989 ).
2. 7 Reaksi pembakaran
Pembakaran di dalam ruang bakar pada motor adalah hal yang sangat menentukan besarnya tenaga yang dihasilkan motor dengan disuplainya sejumlah bahan bakar kedalam silinder dari motor tersebut. Dengan pembakaran inilah tenaga utama motor dihasilkan. Bila campuran bahan bakar dan udara yang kemudian dinyalakan oleh adanya percikan api dari busi, maka pembakaran dapat terjadi. Dengan pembakaran ini maka temperatur ruang bakar akan meningkat yang akan mengakibatkan tekanan dalam ruang bakar ikut naik dan memungkinkan adanya gerakan torak akibat tekanan tersebut.
maka proses ini disebut Pembakaran Spontan. Sedangkan Pembakaran Sempurna terjadi bila semua bagian yang dapat terbakar didalam bahan bakar membentuk CO2 , H2O serta gas SO2 sehingga tidak ada bahan bakar yang tersisa. Pembakaran
yang terjadi didalam silinder dapat digolongkan kedalam tiga jenis, yaitu:
• Pembakaran normal
• Pembakaran sendiri ( Auto Ignition )
• Pembakaran tidak terkontrol ( Detonation )
Dikatakan pembakaran normal bila pembakaran terjadi karena percikan bunga api dari busi yang kemudian seluruh bagian dari bahan bakar tersebut habis terbakar dengan kecepatan yang relative konstan. Sedangkan Auto ignition terjadi bila pembakaran terjadi bukan karena percikan bunga api dari busi, melainkan terbakar karena panas yang ada dalam silinder menyebabkan bahan bakar terbakar dengan sendirinya. Apabila pembakaran terjadi dibarengi dengan adanya perubahan kecepatan dan tekanan yang hebat, maka hal ini dapat disebut sebagai detonasi. Pada saat terjadi detonasi ini biasanya diiringi dengan timbulnya suara di dalam silinder seperti suara ketukan baik ketukan itu keras ataupun pelan.
bakar dan udara sudah cukup baik, dan kandungan oksigen dalam campuran tersebut sudah sesuai dengan jumlah hidrokarbonnya, belum tentu tidak terjadi detonasi. Hal ini dikarenakan banyak sekali faktor yang berpengaruh dalam pembakaran.
Gambar 2-7. Pembakaran dan perubahan tekanan dalam silinder
(Sumber: Wardan Suyanto, Teori Motor Bensin, hal 253)
Bahan bakar yang akan dibakar diambil dari hidrokarbon dengan rumus kimia C8H18 dan pembakarannya sempurna sehingga hasil pembakarannya menjadi
CO2 dan H2O. Jadi persamaannya adalah :
Agar pembakarannya sempurna maka jumlah bagian kiri harus sama dengan jumlah bagian kanan. Untuk membalans semua maka baik jumlah bagian kiri atau kanan harus habis sehingga :
C8 → 8 CO2
Sedangkan balans Hidrogennya :
H18 → 9H2O
Karena reaksinya dengan oksigen, maka balans Oksigen menjadi : 12½ O2 ← 8CO2 = 9H2O
Karena kandungan nitrogen diudara setiap satu mole oksigen akan bersamaan dengan 3,76 mole nitrogen , maka di dalam proses ini terdapat nitrogen juga yang jumlah dan balansnya adalah:
12½ ( 3,76 ) N2 → 47 N2
Sehingga persamaan kimia dari pembakaran sempurna ini menjadi : C8H18 + 12,5 O2 + 47 N2 → 8 CO2 + 9 H2O + 47 N2
Pada kenyataannya, proses pembakaran terjadi dengan campuran bahan bakar tidak selalu sesuai dengan teoritis melainkan terlalu banyak udara atau kekurangan udara dan dapat dikatakan sebagai campuran kaya bila kandungan udara lebih kecil dari angka teoritis atau sebagai campuran miskin bila kandungan udara dalam campuran lebih banyak dari angka teoritis.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alur Penelitian
Alat uji
Lokasi pengujian Bahan bakar
(bensin premium)
Minyak pelumas
Dicampur
Komposisi Perbandingan Campuran
1 : 20 1 : 30 1 : 40
Diuji
Emisi Gas Buang
Muller Bem Exhaust Gas Analyser Stargass mod. 898
Pengumpulan Data
3. 2 Bahan Penelitian 3. 2. 1 Bahan Bakar
Bensin murni ( premium ) dibeli dari SPBU.
3. 2. 2 Pelumas
Pelumas yang digunakan adalah pelumas bermerk A yang dapat diperoleh dipasaran. Pelumas ini khusus untuk campuran mesin bensin 2 langkah dengan prosentase penelitian yang akan dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Pelumas dengan prosentase 1 liter pelumas untuk 20 liter bensin. 2. Pelumas dengan prosentase 1 liter pelumas untuk 30 liter bensin. 3. Pelumas dengan prosentase 1 liter pelumas untuk 40 liter bensin.
3. 3. Peralatan Penelitian 3. 2. 1 Mesin Uji
Mesin yang digunakan dalam pengujian adalah Vespa Super 150cc dan Suzuki Satria 120cc.
Spesifikasi mesin Vespa Super :
Jenis kendaraan : Sepeda motor
Tipe mesin : Mesin bensin 2 langkah
Jumlah silinder : 1 Silinder Volume silinder : 157,417 cc
Daya : 7,3 DK pada 6500 rpm
Diameter silinder : 58,8 mm
Panjang langkah : 58 mm
Perbandingan kompresi : 7,29 : 1
Spesifikasi mesin Suzuki Satria :
Jenis kendaraan : Sepeda motor
Tipe mesin : Mesin bensin 2 langkah Jumlah silinder : 1 Silinder
Volume silinder : 120,71 cc
Daya : 13,5 DK pada 7500 rpm
Diameter silinder : 56 mm
Panjang langkah : 49 mm
Perbandingan kompresi : 7,0 : 1
Karakteristik kedua motor tersebut adalah sebagai berikut : A. Vespa
menjadi goyang . Dengan demikian maka beban geser akan menjadi besar.
B. Satria
Karena ukuran piston lebih pendek maka stroke lebih pendek, yang mengakibatkan putaran mesin lebih cepat dapi pada putaran mesin Vespa. Dengan keadaan diatas maka Satria lebih
responsive daripada Vespa.
3. 3. 2 Alat ukur
Alat ukur yang digunakan dalam pengujian adalah: a. Burret, untuk mengukur volume bahan bakar b. Tachometer, untuk mengukur putaran poros mesin
3. 3. 3 Stargass mod. 898 Exhaust Gas Analyser
Alat ini digunakan untuk menganalisa emisi gas buang,dalam penelitian ini menggunakan alat dengan merek Stargass mod. 898. Senyawa yang dapat dianalisa alat ini adalah kadar CO (%), CO2 (%), O2 (%) dan HC (ppm). Alat ini juga dapat
digunakan untuk mengukur dan mengetahui λ (perbandingan udara dan bahan
bakar pada proses pembakaran, yang idealnya berkisar antara 0.9 – 1.25)
3. 4 Jalannya Penelitian 3. 4. 1 Persiapan Penelitian
a. Periksa bahan bakar di dalam tangki bahan bakar, buka katup bahan bakar agar bahan bakar dapat mengalir ke mesin.
b. Periksa oli pelumas mesin (harus pada batas yang diijinkan). c. Siapkan prosentase pelumas untuk dicampur dengan bahan bakar.
3. 4. 2 Cara Start
a. Hidupkan mesin uji.
b. Setelah mesin hidup, aturlah putaran mesin sehingga diperoleh kondisi idle atau stasioner, pada putaran sekitar 600-700 rpm, kemudian
biarkan selama ± 5 menit untuk pemanasan. Pada putaran idle inilah yang akan digunakan selama penelitian.
c. Sementara mesin uji dipanasi, siapkan alat untuk menguji gas buang dengan cara menghubungkan dengan stop kontak. Atur program untuk pengujian mesin bensin.
d. Setelah alat dan mesin uji siap, masukkan sensor yang berupa sebuah batang elemen ke dalam lubang knalpot (ekshaust).
e. Diamkan keadaan tersebut sampai data pada monitor stabil. Catat kadar HC, O2 , CO, CO2 dan λ.
f. Matikan mesin uji, kosongkan tangki bahan bakar untuk kemudian diisi dengan campuran bahan bakar dan pelumas dengan prosentase yang berbeda.
Setelah semua data pada setiap prosentase diketahui, maka dapat dibuat perhitungan untuk menggambar grafik.
Gambar 3.1. Ilustrasi pengukuran emisi gas buang (Sumber: Wardan Suyanto, Teori Motor Bensin, hal 373)
3. 5 Lokasi Penelitian
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil penelitian 4.1.1 Bensin Murni
CO = 2,67 %
CO2 = 2,3 %
HC = 434 ppm
4.1.2 Untuk mesin uji 150 cc
4.1.2.1 1 liter pelumas untuk 20 liter bensin CO = 3,475 % vol
CO2 = 2,29 % vol
HC = 7181 ppm O2 = 14,25 % vol
λ = 1,361
4.1.2.2 1 liter pelumas untuk 30 liter bensin CO = 3,120 % vol
CO2 = 2,02 % vol
O2 = 14,81 % vol
λ = 1,489
4.1.2.3 1 liter pelumas untuk 40 liter bensin CO = 3,368 % vol
CO2 = 1,99 % vol
HC = 6802 ppm O2 = 14,64 % vol
λ = 1,424
4.1.3 Untuk mesin uji 120cc
4.1.3.1 1 liter pelumas untuk 20 liter bensin CO = 3,932 % vol
CO2 = 2,71 % vol
HC = 12758 ppm O2 = 13,60 % vol
λ = 0,975
4.1.3.2 1 liter pelumas untuk 30 liter bensin CO = 4,065 % vol
CO2 = 1,73 % vol
λ = 0,887
4.1.2.3 1 liter pelumas untuk 40 liter bensin CO = 4,065 % vol
CO2 = 1.74 % vol
HC = 16590 ppm O2 = 14,65 % vol
λ = 0,871
Tabel 4. 1. Hasil percobaan
Keterangan tabel:
A : Hasil pengujian untuk prosentase 1 liter pelumas untuk 20 liter bensin.
B : Hasil pengujian untuk prosentase 1 liter pelumas untuk 30 liter bensin.
C : Hasil pengujian untuk prosentase 1 liter pelumas untuk 40 liter bensin.
senyawa vespa satria
A B C A B C
CO 3.745 3.12 3.368 3.932 4.065 4.063 CO2 2.29 2.02 1.99 2.71 1.73 1.74
4.2 Grafik hasil penelitian
Dari hasil yang didapatkan dari percobaan diatas , maka dapat dibuat grafik hasil percobaan, sebagai berikut :
4.2.1. Hasil percobaan untuk mesin uji 150 cc
Kadar CO dalam gas buang mesin 150 cc
0
Kadar CO2 dalam gas buang mesin 150 cc
Gambar 4.2. Kadar CO2 ( % vol ) dalam gas buang mesin uji 150 cc
Kadar HC dalam gas buang mesin 150 cc
5500
Kadar O2 dalam gas buang mesin 150 cc
Gambar 4.5. Perbandingan udara dan bahan bakar pada proses pembakaran mesin 150 cc.
4.2.2. Hasil percobaan untuk mesin uji 120 cc
Gambar 4.6. Kadar CO ( % vol ) dalam gas buang mesin uji 120 cc
Perbandingan udara dan bahan bakar pada proses pembakaran
Kadar CO dalam gas buang mesin 120 cc
Kadar CO2 dalam gas buang 120 cc
Kadar HC dalam gas buang 120 cc
0
Kadar O2 dalam gas buang mesin 120 cc
Perbandingan udara dan bahan bakar pada
Gambar 4.10. Perbandingan udara dan bahan bakar pada proses pembakaran
4.2.3. Grafik perbandingan hasil pengujian
4.2.3.1 prosentase 1 liter pelumas untuk 20 liter bensin
Gambar 4.11. Perbandingan CO 150 cc dan 120 cc
Gambar 4.12. Perbandingan CO2 150 cc dan 120 cc
Gambar 4.13. Perbandingan HC 150 cc dan 120 cc
Gambar 4.14. Perbandingan O2 150 cc dan 120 cc
Gambar 4.15. Perbandingan udara dan bahan bakar pada proses pembakaran 150 cc dan 120 cc
4.2.3.2 prosentase 1 liter pelumas untuk 30 liter bensin
Gambar 4.16. Perbandingan CO 150 cc dan 120 cc
Gambar 4.17. Perbandingan CO2 150 cc dan 120 cc
Gambar 4.18. Perbandingan HC 150 cc dan 120 cc
Gambar 4.19. Perbandingan O2 150 cc dan 120 cc
Gambar 4.20. Perbandingan udara dan bahan bakarpada proses pembakaran 150 cc dan 120 cc
4.2.3.3 prosentase 1 liter pelumas untuk 40 liter bensin
Gambar 4.21. Perbandingan CO 150 cc dan 120 cc
Gambar 4.22. Perbandingan CO2 150 cc dan 120 cc
Gambar 4.23. Perbandingan HC 150 cc dan 120 cc
Gambar 4.25. Perbandingan udara dan bahan bakar pada proses pembakaran 150 cc dan 120 cc
4.3. Pembahasan 4.3.1 Mesin uji
Dari penelitian yang dilakukan dengan menggunakan mesin uji Vespa Super 150cc dan Suzuki Satria 120cc, penulis mengalami beberapa kesulitan antara lain; knalpot (exhaust) dari Vespa terlalu pendek sehingga sensor tidak dapat masuk seluruhnya. Hal ini menyebabkan data hasil pengujian terhadap mesin uji Vespa tidak maksimal . Untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat, knalpot Vespa kemudian dipanjangkan dengan menambah pipa sehingga sensor dapat masuk sepenuhnya. Untuk percobaan kedu dilakukan dengan menyambung knalpot vespa dengan pipa, sehingga sensor dapat masuk sepenuhnya.
1. Dari data pengujian didapatkan prosentase pelumas yang paling baik bagi masing-masing mesin uji yaitu sebagai berikut:
a. Mesin 150 cc : 1 liter pelumas untuk 30 liter bahan bakar
* CO, HC terkecil * O2 terbesar
* CO2 mendekati ideal * λ mendekati seimbang
Pembahasan :
Dari penelitian dapat disimpulkan bahwa hasil CO, HC terkecil menunjukkan pembakaran yang terjadi mendekati pembakaran sempurna dibanding semua prosentase pelumas. O2 terbesar menunjukkan pembakaran yang terjadi tidak efisien karena prosentase campuran udara lebih banyak dari pada bahan bakar. CO2 mendekati ideal ( 12 % ) yang berarti energi yang dibakar cukup banyak. λ mendekati seimbang menunjukkan
bahwa campuran udara dan bahan bakar pada proses pembakaran mendekati seimbang.
b. Mesin 120 cc : 1 liter pelumas untuk 20 liter bahan bakar * CO, HC, O2 terkecil
* CO2 lebih dari ideal ( 12 % )
Pembahasan :
Dari penelitian dapat disimpulkan bahwa hasil CO, HC terkecil menunjukkan pembakaran yang terjadi mendekati pembakaran sempurna dibanding semua prosentase pelumas. O2 terkecil menunjukkan pembakaran yang terjadi efisien karena prosentase campuran udara seimbang dari pada bahan bakar. CO2 mendekati ideal ( 12 % ) yang berarti energi yang dibakar cukup banyak. λ seimbang menunjukkan bahwa campuran udara dan
bahan bakar pada proses pembakaran seimbang yang secara teoritis dapat dikatakan 14,8 : 1.
2. Hasilpenelitian menunjukkan prosentase yang berbeda untuk mesin uji 150 dan mesin 120 cc. Hal ini dikarenakan oleh bebrapa hal :
1. mesin uji 120 lebih efisien:
Hal ini dapat dilihat dari bentuk lubang transfer yang lebih presisi, yang berakibat kerja mesin akan menjadi lebih maksimal, sehingga panas yangb timbul akan lebih besar dan pelumasan yang dibutuhkan harus lebih baik terlebih pada bagian piston. Prosentase campuran pelumas akan menjadi lebih tinggi atau lebih kental.
bergerak atau berputar akan menjadi lebih tinggi. Sehingga untuk mendinginkan bagian mesin, terlebih bagian piston akan membutuhkan pendinginan yang lebih baik. Prosentase campuran pelumas akan menjadi lebih tinggi atau lebih kental.
3. Mesin 150 cc memiliki perbandingan kompresi yang lebih tinggi dibandingkan mesin 120 cc, tetapi efisinsi mesin 150 cc lebih rendah dari pada mesin 120 cc dan putaran mesin yang lebih rendah dari mesin 120 cc sehingga pelumasan menjadi lebih rendah prosentasenya. Efisiensi mesin 150 cc lebih rendah karena pada mesin 120 cc menggunkan teknologi yang lebih baik.
4.3.2 Alat uji
Penelitian ini menggunakan alat uji Stargass mod. 898 yang sudah memenuhi syarat karena memiliki kemampuan untuk mengukur kadar polutan baik untuk berbagai jenis mesin bensin ataupun mesin diesel. Adapun polutan yang dapat diukur adalah sebagai berikut :
• CO ( karbon Monoksida )
• CO2 ( Karbon dioksida )
• HC ( Zat karbon Hidrogen )
• O2 ( Oksigen )
4.3.3. Hasil percobaan
Dengan menambahkan pelumas pada campuran bahan bakar diketahui bahwa penggunaan tambahan pelumas dengan prosentase tertentu pada campuran bahan bakar tersebut akan meningkatkan kadar polutan pada gas buang.
Pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan prosentase campuran sebagai berikut :
a. 1 liter pelumas untuk 20 liter bahan bakar b. 1 liter pelumas untuk 30 liter bahan bakar c. 1 liter pelumas untuk 40 liter bahan bakar
Diambil prosentase tersebut diatas karena bberapa hal antara lain:
• Prosentase inilah yang sering dipakai pemelik kendaraan
• Untuk prosentase yang lain missal; 1 : 50 akan terlalu encer sehingga tidak dapat melumasi dengan sempurna, untuk prosentase 1 : 10 akan terlalu kental sehingga akan mengganggu akselerasi mesin.
• Untuk memudahkan pencampuran dan pembahasan.
Prosentase kadar polutan dalam gas dari data hasil pengujian adalah sebagai berikut ( tabel 4.1) :
a. Prosentase campuran 1 liter pelumas untuk 20 liter bensin, CO = 3,475 % vol, CO2 = 2,29 % vol, HC = 7181 ppm, O2 = 14,25 % vol, λ = 1, 361
b. Prosentase campuran 1 liter pelumas untuk 30 liter bensin, CO = 3,120 % vol, CO2 = 2,02 % vol, HC = 6346 ppm, O2 = 14,81 % vol, λ = 1, 489
c. Prosentase campuran 1 liter pelumas untuk 20 liter bensin, CO = 3,368 % vol, CO2 = 1,99 % vol, HC = 6802 ppm, O2 = 14,64 % vol, λ = 1, 424
3. Untuk mesin uji 120cc
a. Prosentase campuran 1 liter pelumas untuk 20 liter bensin, CO = 3,932 % vol, CO2 = 2,71 % vol, HC = 12758 ppm, O2 = 13,60 % vol, λ = 0,975
b. Prosentase campuran 1 liter pelumas untuk 20 liter bensin, CO = 4,065 % vol, CO2 = 1,73 % vol, HC = 16131 ppm, O2 = 14,58 % vol, λ = 0,887
c. Prosentase campuran 1 liter pelumas untuk 20 liter bensin, CO = 4,063 % vol, CO2 = 1,74 % vol, HC = 16590 ppm, O2 = 14,65 % vol, λ = 0,871
• Nilai CO tertinggi adalah pada prosentase 1 : 20, 1 : 30, 1 : 40
• Nilai CO2 tertinggi adalah pada prosentase 1 :20, 1 : 30, 1 : 40
• Nilai HC tertinggi adalah pada prosentase 1 : 20, 1 : 40, 1 : 30.
• Nilai O2 tertinggi adalah pada prosentase 1 : 30, 1 : 40, 1 : 20
• Nilai λ tertinggi adalah pada prosentase 1 : 30, 1 : 40, 1
: 30 b. mesin uji 120 cc
• Nilai CO tertinggi adalah pada prosentase 1 : 40, 1 : 30, 1 : 20
• Nilai CO2 tertinggi adalah pada prosentase 1 :20, 1 : 30, 1 : 40
• Nilai HC tertinggi adalah pada prosentase 1 :40, 1 : 30, 1 :20.
• Nilai O2 tertinggi adalah pada prosentase 1 : 40, 1 : 30, 1 : 20
c. Nilai λ tertinggi adalah pada prosentase 1 : 20, 1 : 30, 1 : 40
disebutkan bahwa : Baku mutu emisi sumber bergerak kendaraan
bermotor di Propinsi Daerah Istimewa Yogyakarta untuk jenis kendaraan bermotor 2 langkah adalah :
Batasan jumlah untuk CO = 4,5 % vol,
HC = 3,0 ppm, NO2 = 850 ppm.
Maka berdasar lampiran tersebut diatas dapat disimpulkan bahwa:
a. mesin uji 150 cc:
• CO = 4,5 % vol Semua prosentase campuran pelumas pada bahan bakar masih berada di bawah batas baku mutu emisi
• HC = 3000 ppm
Semua prosentase campuran pelumas pada bahan bakar telah melewati batas baku mutu emisi hampir 2 kali lipat. Untuk selisih terkecil adalah pada prosentase 1 : 30 yaitu sebesar 6346 ppm
• CO2 dan O2
Kadar CO2 yang paling kecil adalah pada prosentase 1 : 40 dan kadar kandungan O2 yang tidak berbahaya bagi kesehatan yang paling besar adalah pada prosentase 1 : 30
Hasil percobaan menunjukkan angka 1, 361 – 1,489, ini berarti bahwa perbandingan bahan bakar dan udara tidak tepat. Untuk keadaan normal λ akan menunjukkan angka
0,9 – 1,25 ( keadaan seimbang). Sehingga dapat diketahui bahwa campuran pada mesin uji ini adalah campuran kaya atau perbandingan bahan bakar lebih banyak dari udara.
b. mesin uji 120 cc:
• CO = 4,5 % vol Untuk prosentase campuran pelumas 1 : 20 masih berada di bawah batas baku mutu emisi, sedangkan untuk prosentase 1 : 30 dan 1 : 40 sudah melewati ambang batas
• HC = 3000 ppm
Semua prosentase campuran pelumas pada bahan bakar telah melewati batas baku mutu emisi hampir 4 kali lipat. Untuk selisih terkecil adalah pada prosentase 1 : 40 yaitu sebesar 16590 ppm. Sehingga dapat diketahui bahwa kadar HC pada gas buang Satria pada tiap prosentase sangat merugikan kesehatan.
• CO2 dan O2
kesehatan yang paling besar adalah pada prosentase 1 : 40
• λ (perbandingan bahan bakar dan udara):
BAB V PENUTUP
5. 1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian dan analisa gas buang pada mesin bensin 2 langkah dengan menggunakan bahan bakar yang telah ditambah pelumas dengan prosentase tertentu yang dilakukan di Dinas Perhubungan Daerah Istimewa Yogyakarta, dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Dari semua prosentase pelumas yang ditambahkan pada bahan bakar yang paling baik bagi lingkungan (dengan melihat standar baku mutu emisi gas buang di Provinsi DIY) adalah:
a. Untuk mesin uji 150 cc
Prosentase pelumas yang paling baik adalah 1 liter pelumas untuk 30 liter bensin. Dengan kandungan CO = 3,12 % vol, dan HC = 6346 ppm.
b. Untuk mesin uji 120 cc
5.2 Saran
Dari hasil dan proses penelitian yang telah dilakukan, peneliti memberikan beberapa saran dari permasalahan yang timbul:
1. Agar diperoleh hasil yang maksimal dan baik maka perlu ketelitian dalam langkah kerja dan proses kerja.
2. Untuk mendukung penelitian dibidang motor bakar dan emisi gas buang alangkah baiknya jika peralatan praktikum di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma ditambah dan diperbaiki, dengan demikian akan lebih mempermudah mahasiswa untuk mengambil data yang akurat.
3. Karena pentingnya literatur dalam suatu penelitian maka buku-buku di Perpustakaan Universitas Sanata Dharma perlu ditambah khususnya buku-buku yang berkaitan dengan bidang motor bakar, ini akan sangat membantu mahasiswa dalam penyelesaian perkuliahan dan tugas akhir Motor Thermis.
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar Wiranto., 2002, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, edisi kelima, cetakan kesatu, ITB Bandung.
Arends BMP., Barenschot H., 1994, Motor Bensin, Erlangga.
Suyanto Wardan., 1989, Teori Motor Bensin, Departemen Pendidikan dan Kebudayaan, Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi Proyek Pengembangan Lembaga Pendidikan Tenaga Kependidikan, Jakarta.
______,Manual Step Stargass Mod.898, Dinas Perhubungan. ______,Manual Step Suzuki Satria 120 cc.
