ABSTRAK
PENGARUH PENURUNAN TEMPERATUR GAS BUANG DENGAN SISTEM NON INJEKSI PADA HEADER PIPE KNALPOT
TERHADAP PRESTASI MOTOR DIESEL 4 LANGKAH
Oleh
Yuli Suprianto
Knalpot merupakan saluran yang dilewati gas sisa pembakaran yang di tekan keluar dari silinder. Dalam perkembangannya, knalpot ini selain berfungsi untuk meredam suara hasil ledakan di ruang bakar juga sebagai penambah tenaga seperti yang di aplikasikan pada knalpot model racing. Konsep yang digunakan di dalam penelitian ini yaitu dengan memperlancar dalam penyaluran gas sisa hasil pembakaran serta memaksimalkan efek pembakaran yang lebih bersih pada ruang bakar pada saat langkah kompresi dengan menurunkan temperatur gas buang menggunakan radiator collant sebagai fluida pendingin.
Sistem penurunan temperatur gas buang ini menggunakan prinsip kerja heat exchanger tipe double pipe dimana menggunakan dua buah pipa dengan perbedaan diameter. Diameter pipa besar sebagai shell yaitu tempat mengalirnya fluida pendingin (radiator collant) sebagai pelepas gas panas dengan arah aliran searah (counter flow) dengan media yang didinginkan dan diameter pipa kecil sebagai tube merupakan tempat mengalirnya aliran gas buang sisa pembakaran yang akan di turunkan temperaturnya. Penurunan temperatur gas buang dilakukan dengan interval sebanyak 3 kali, di mana range penurunan temperatur setiap interval sebesar 10°C. Penelitian ini menggunakan knalpot replika dengan jenis free low. Proses pengujian dilakukan pada mesin diesel 230 cc, empat langkah, satu silinder.
Dari hasil pengujian dengan menggunakan pendinginan gas buang pada header pipe,
daya engkol yang dihasilkan pada tiap putaran terjadi kenaikan yang tidak begitu signifikan dibandingkan dengan non pendingin baik itu pada putaran 1500, 2000, 2500, 3000, 3500 rpm. Peningkatan terbaik yang di peroleh terjadi pada putaran 3000 rpm dengan penurunan temperatur gas buang 30° C (knalpot replika sebagai acuan). terjadi kenaikan daya engkol sebesar 0,016 kW (0,583 %). Peningkatan pemakaian bahan bakar spesifik terjadi pada putaran 3500 rpm pada selisih penurunan temperatur gas buang 20° C (knalpot replika sebagai acuan) dengan penurunan pemakaian bahan bakar spesifik sebesar 0,004 kg/kWh (2,40 %).
I. PENDAHULUAN.
A. Latar Belakang.
Kebutuhan akan alat transportasi seperti kendaraan bermotor kian hari kian
meningkat. Berbanding lurus dengan hal tersebut, penggunaan minyak bumi
sebagai bahan bakar (bensin dan solar) juga semakin meningkat. Padahal minyak
bumi merupakan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui. Oleh karena itu
manusia berusaha mencari sumber energi lain seperti energi matahari dan energi
listrik untuk menjalankan kendaraan bermotor. Namun kendaraan seperti itu untuk
saat ini belum populer dan masih dalam tahap pengembangan. Untuk menjalankan
sebuah kendaraan bermotor diperlukan energi sebagai penggerak dari
komponen-komponen mesin nantinya.
Energi tersebut dihasilkan dari proses pembakaran yang terjadi pada ruang bakar.
Ada tiga komponen utama yang diperlukan dalam proses pembakaran yaitu udara,
bahan bakar, dan panas. Dari ketiga komponen utama pembakaran tersebut akan
menghasilkan sisa pembakaran yaitu gas buang, di mana gas sisa tersebut
membawa energi panas dari sisa pembakaran pada kendaraan. Pada dasarnya
setiap manusia memiliki sifat yang tidak pernah puas dengan apa yang didapatnya
dirasa kurang oleh pemakainya. Mulai bentuk sampai kinerja mesin yang dinilai
tidak memenuhi keinginan pemakai. Padahal produsen membuat kendaraan
dengan spesifikasi standar karena spesifikasi itulah yang sesuai untuk digunakan
sehari-hari, yaitu adanya keseimbangan antara prestasi dengan ketahahan mesin
itu sendiri. Tetapi yang diinginkan oleh masyarakat pengguna adalah
meningkatkan daya mesin dengan tetap mengandalkan mesin standar, tanpa
membongkar mesin yang orisinil.
Salah satu cara untuk meningkatkan performa dari suatu mesin tanpa
membongkar mesin yang orisinil yaitu dengan memodifikasi pada pipa saluran
buang yang biasa di sebut dengan knalpot. Pada umumnya mesin yang digunakan
yaitu jenis mesin empat langkah dan dua langkah, kedua jenis mesin tersebut
memiliki tipe penggunaan bentuk knalpot yang berbeda agar di dapat daya mesin
yang besar. Mesin motor empat langkah menggunakan model yang ujungnya tidak
memanjang dan desain volume ruang tengahnya nyaris sama sejajar. Mesin empat
langkah telah dirancang agar mampu mengeluarkan tenaga yang cukup besar
dengan model knalpot yang lurus, sehingga apabila silincer knalpot tersebut di
lepas atau hanya menggunakan pipa model pendek langsung tidak akan
menghasilkan tenaga yang maksimal. Bahkan faktor kehilangan tenaga bisa
mencapai antara 50 hingga 60 % (Pikiran Rakyat, 2006). Pasalnya, sisa
pembakaran silinder menyebar langsung keluar dan tidak di atur melalui ruang
knalpot yang berfungsi menyalurkan sisa pembakaran yang menimbulkan efek
Pada mesin dua langkah terjadi proses pembakaran yang kurang sempurna yang
ditandai dengan keluarnya bahan bakar yang belum terbakar melalui katup buang,
atas dasar hal tersebutlah maka bentuk dari knalpot mesin dua langkah tidak lagi
lurus melainkan mengembung ditengah. Bagian yang gemuk inilah ditujukan
untuk menciptakan efek turbulensi agar tenaga performa mesin motor dua langkah
menjadi besar. Secara prinsip kerja sistem pembuangan dari motor diesel maupun
motor bensin memiliki prinsip yang sama yaitu apabila pada motor diesel secara
sederhana diawali setelah mesin melakukan langkah kompresi, saat bahan bakar
yang telah diinjeksikan keruang bakar dengan udara yang telah terkompresi
akibatnya temperatur dan tekanan naik sehingga terjadi langkah kompresi di ruang
bakar. Gas sisa pembakaran yang berkecepatan dan bertekanan tinggi tersebut
akan bersifat turbulen dan laminar di dalam header pipe. (Pikiran Rakyat, 2006)
Laminer memiliki sifat pembuangan berupa garis lurus, sedangkan turbulen
sebaliknya yaitu berupa gelombang. Kondisi sisa pembakaran ini ditentukan oleh
bilangan reynold (bilangan yang menunjukan bentuk aliran fluida gas buang).
Apabila reynold diatur berada di atas angka 23000 gas bersifat turbulen,
sedangkan kalau dibawah angka 2300 gas bersifat laminer (Robert W. Fox and
Alan T. Mc Donald, 1985). Proses ini terus berlanjut sampai akhir dari perut
knalpot, setelah mencapai ujung perut knalpot gelombang panas ini tidak langsung
keluar ke udara bebas. Tetapi ada beberapa gelombang gas yang balik kembali
Berdasarkan hal tersebut, penulis memakai motor diesel yang memiliki beberapa
kelebihan dibandingkan motor bensin antara lain rasio kompresi yang lebih besar
dan tenaga yang lebih besar.
Desain knalpot yang lebih baik dari standar karena ada perubahan dimensi dari
knalpot itu sendiri, baik dari diameter header pipe maupun silincernya sehingga
knalpot racing dapat meningkatkan tenaga mesin. Ada beberapa merk knalpot
racing dipasaran yaitu HRP, AHRS, dan SMS yang dapat meningkatkan tenaga
mesin hingga 8 % (Motorplus, 2008). Hal ini dikarenakan knalpot racing lebih
lancar dalam menyalurkan gas hasil pembakaran. Variasi bentuk knalpot racing
dapat dipilih seperti tipe free flow dan meghaphone. Secara umum knalpot racing
dapat dibedakan menjadi bentuk panjang dan bentuk pendek. Bentuk panjang, jika
knalpot tersebut memiliki silincer berada hampir di ujung buritan motor
sedangkan bentuk pendek jika silincer knalpot tidak mencapai buritan (setengah
atau lebih sedikit dari panjang bodi motor). Bentuk panjang, efektif untuk
memperoleh tenaga di putaran atas sedangkan bentuk pendek sebaliknya efektif
untuk memperoleh tenaga di putaran rendah atau dengan kata lain torsi mudah
dicapai pada putaran rendah pada tiap pergantian giginya.
Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Sandra Yance ( 2009) pada mesin
bensin 4 langkah konsumsi bahan bakar terbaik pengujian stationer menggunakan
knalpot racing model silencer besar sebesar 15,39 % (48 ml), sedangkan
pengujian akselerasi 0 - 100 km/jam dan akselerasi 60 ‐ 100 km/jam tanpa
perpindahan persneling menggunakan knalpot racing model silencer pendek yaitu
terbaik menggunakan knalpot racing model silincer besar yaitu 118,67 km/jam
pada 9621 rpm. Di sisi lain knalpot racing juga memiliki beberapa kekurangan
yaitu tingkat kebisingan yang cukup tinggi sehingga mengganggu pendengaran
manusia di mana batas tekanan suara yang mampu di tangkap indra pendengaran
manusia sebesar 120 desibel, sedangkan tingkat kebisingan knalpot sepeda motor
mencapai 110 desibel. Sementara itu tingkat kebisingan yang diperbolehkan untuk
kendaraan bermotor maksimal 80 desibel (KCDJ, 2009).
Penelitian sebelumnya pernah dilakukan percobaan oleh Rendi Norian dengan
menurunkan temperatur gas buang dengan sistem injeksi. Percobaan tersebut
menggunakan motor bensin berkapasitas 500 cc yang memiliki 4 silinder dengan
menggunakan sistem injeksi yang disemprotkan ke dalam header pipe knalpot
menggunakan fluida air. Hasilnya dapat meningkatkan performa motor khususnya
torsi, kenaikan torsi sebesar 24 % torsi puncak digapai pada putaran lebih rendah
yaitu 8150 rpm, turun hingga 1500 rpm (Norian.R,1998). Berdasarkan hal tersebut
penulis mencoba menggunakan metode lain, selain yaitu dengan menggunakan
metode perpindahan panas tidak langsung untuk mempercepat laju aliran panas
yang terjadi pada knalpot yaitu menggunakan prinsip kerja air radiator yang
membawa panas dari blok silinder sehingga temperatur ruang bakar tidak terlalu
panas (Over Heating) .
Pada penelitian kali ini fluida yang berupa radiator collant akan bersirkulasi pada
header pipe knalpot sehingga laju panas yang dibawa gas panas sisa pembakaran
bakar dan saluran buang, sehingga panas yang dibawa oleh gas buang dapat di
serap sehingga terjadi penurunan temperatur dari gas buang itu sendiri. Apabila
terjadi penurunan temperatur gas buang maka akan terjadi penurunan tekanan
sehingga laju dari aliran gas buang akan meningkat. Untuk mengatur seberapa
besar laju perpindahan panas yang terjadi pada header pipe knalpot maka laju
aliran fluida pendingin diatur dengan menggunakan variasi penurunan temperatur
gas buang sebesar 10° C. Diharapkan berdasarkan pengujian tersebut didapat
seberapa optimum pengaruhnya efek dari penurunan temperatur gas buang
terhadap prestasi kerja motor diesel 4 langkah.
B. Tujuan Dan Manfaat Penelitian
Pelaksanaan dan penulisan laporan tugas akhir ini mempunyai tujuan sebagai
berikut :
1. Mengetahui pengaruh dari penurunan temperatur gas buang dengan
menggunakan sistem Non-Injeksi pada header pipe knalpot terhadap
prestasi mesin diesel 4 langkah.
2. Membandingkan pengaruh dari penurunan temperatur gas buang
menggunakan sistem Non – Injeksi dengan kondisi mesin standar terhadap
prestasi mesin pada motor diesel 4 langkah
Sedangkan manfaat yang diharapkan dari laporan ini adalah dengan pengaruh
penurunan temperatur gas buang sisa pembakaran diharapkan dapat meningkatkan
daya engkol dan pemakaian bahan bakar spesifik, dimana semakin tinggi daya
engkolnya serta semakin rendah pemakaian bahan bakar spesifiknya maka prestasi
motor diesel tersebut semakin baik.
C. Batasan Masalah
Adapun beberapa batasan masalah yang perlu diberikan agar pembahasan lebih
terarah, yaitu:
1. Mesin yang digunakan adalah motor diesel 4 langkah 1 silinder yang
terdapat pada Laboratorium Motor Bakar dan Propulsi Jurusan Teknik
Mesin Universitas Lampung.
2. Fluida pendingin yang digunakan adalah radiator collant
3. Pengaruh dari getaran pada saat pengujian serta perpindahan panas yang
terjadi pada sistem pendingin tidak di bahas dalam skripsi ini.
4. Knalpot yang digunakan adalah knalpot dengan spesifikasi bentuk dan
model yang sama pada Laboratorium Motor Bakar dan Propulsi Jurusan
Teknik Mesin Universitas Lampung.
5. Spesifikasi bentuk dari sistem pendinginan luar non injeksi dengan
dimensi panjang selimut pendingin 79 cm dan ketebalan aliran untuk
fluida pada selimut pendingin 1,27 cm
6. Data yang dibandingkan merupakan data pengujian dengan menggunakan
D. Sistematika Penulisan.
Sistematika yang digunakan pada penulisan skripsi ini terdiri atas beberapa
bagian, yaitu:
BAB I : PENDAHULUAN
Terdiri dari latar belakang, tujuan dan manfaat, batasan masalah,
hipotesa dan sistematika penulisan dari penelitian ini.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Berisikan tentang teori yang berkenaan dengan motor diesel 4
langkah, teori pembakaran, parameter prestasi motor bakar dan
saluran gas buang
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisikan metodologi yang digunakan oleh penulis dalam
pengambilan data dan mesin serta peralatan pendukung yang di
gunakan dalam pengambilan data.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisikan pembahasan dari data-data yang diperoleh pada
pengujian prestasi motor diesel 4 langkah.
BAB V : SIMPULAN DAN SARAN
Berisikan hal-hal yang dapat disimpulkan dan saran yang ingin
disampaikan pada penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
V. SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Dari hasil pengujian, pengambilan data, dan analisa penggunaan knalpot dengan
menggunakan pendingin gas buang pada mesin diesel 4-langkah, maka didapatkan
beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Perlakuan pendinginan gas buang yang dilakukan pada mesin diesel 4
langah terjadi peningkatan yang tidak begitu signifikan ditinjau
berdasarkan kenaikan daya engkol, pemakaian bahan bakar spesifik dan
torsi yang dihasilkan.
2. Ditinjau dari torsi yang dihasilkan pada saat penurunan temperatur gas
buang memiliki nilai torsi yang sama dengan non perlakuan pada setiap
putaran mesin, hanya pada putaran mesin 3500 rpm dengan penurunan
temperatur gas buang yaitu 30 °C terjadi peningkatan torsi yang
dihasilkan sebesar 0,033 Nm.
3. Peningkatan daya engkol terbaik diperoleh pada putaran tinggi yaitu 3000
rpm dengan selisih penurunan temperatur gas buang 30 °C sebesar 0,016
kW (0,583 %) Efesiensi pemakaian bahan bakar spesifik terbaik terjadi
gas buang 20 °C menghasilkan penghematan pemakaian bahan bakar
spesifik sebesar 0,004 kW (2,610 %).
4. Kontruksi knalpot mempengaruhi performa mesin, terlihat dari
penggunaan knalpot modifikasi bila dibandingkan dengan menggunakan
knalpot standarnya, sehingga perubahan pada header dan silencer knalpot
baik panjang maupun diameter sangat mempengaruhi tenaga yang
dihasilkan
B. Saran.
Adapun beberapa saran ingin disampaikan penulis agar penelitian ini dapat lebih
baik lagi adalah sebagai berikut :
1. Perlu adanya pengujian kembali dengan selisih temperatur gas buang
yang lebih tinggi untuk memperoleh nilai terbaik dari efek penurunan
temperatur gas buang terhadap prestasi mesin diesel 4 langkah.
2. Perlu dilakukan pengujian emisi gas buang untuk mengetahui pengaruh
dari penggunaan sistem pendinginan gas buang knalpot ini.
3. Perlu adanya pengujian lebih lanjut untuk mengetahui pengaruh
