PENGARUH VARIASI MAINJET DAN CAMPURAN BAHAN BAKAR PREMIUM-ETHANOL TERHADAP UNJUK KERJA MESIN BENSIN 4 LANGKAH 4 SILINDER.

(1)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

PENGARUH VARIASI MAINJET DAN CAMPURAN BAHAN

BAKAR PREMIUM-ETHANOL TERHADAP UNJUK KERJA

MESIN BENSIN 4 LANGKAH 4 SILINDER

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh:

DANANG ADITYO KURNIAWAN NIM. I0408029

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

(2)

(3)

(4)

commit to user

MOTTO

(5)

commit to user PERSEMBAHAN

Kepada mereka yang telah berjasa, kepada mereka pula aku

persembahkan karya ini.

Mereka adalah:

Allah SWT

Segala yang kualami adalah kehendak-Mu, segala puji bagi-Mu, ya

Allah, Tuhan semesta Alam, hanya kepada-Mu aku memohon, hanya

kepada-Mu aku beriman, dan hanya kepada-Mu aku berserah diri.

Nabi Muhammad Shalallahu ‘Alaihi Wassalam

Manusia terbaik di muka bumi, uswatun hasanah, penyempurna akhlak, shollawat serta salam semoga selalu tercurah kepadanya,

keluarga, sahabat, dan pengikutnya yang istiqomah sampai akhir

zaman.

Ibu dan Bapak Tercinta

Terima kasih atas kasih sayang dan cinta yang tak pernah putus

darimu. Kasih sayang kalian tak akan pernah kulupakan sepanjang

hidupku. Semoga Allah selalu memberikan nikmat, kesehatan, rezeki

yang cukup, serta mengampuni segala dosa-dosanya, Amin.

Rizky Adityanto

Adikku tersayang, terima kasih atas bantuan, dorongan, serta semangat yang telah kamu berikan.

Semua Mahasiswa Teknik Mesin UNS

Terima kasih untuk semuanya

Dosen dan Karyawan Teknik Mesin UNS

(6)

commit to user

ii

Pengaruh Variasi Mainjet Dan Campuran Bahan Bakar Premium-Ethanol

Terhadap Unjuk Kerja Mesin Bensin 4 Langkah 4 Silinder

Danang Adityo Kurniawan Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia

E-mail : dnng.adityo@gmail.com

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penggantian mainjet

pada karburator dan penambahan ethanol terhadap unjuk kerja mesin. Seksi uji penelitian menggunakan mesin Toyota Corolla KE20 F 1166 cc tahun 1971 dengan sistem pengisian bahan bakar karburator. Bahan penelitian yang digunakan adalah premium dan campuran premium-ethanol. Penelitian dilakukan dengan cara mengkopel poros mesin uji dengan poros Engine Test Bed untuk memperoleh torsi keluaran. Penggantian mainjet divariasikan dengan mengganti mainjet primer dan sekunder pada karburator. Penelitian dilakukan secara berurutan dengan bahan bakar premium kemudian campuran premium-ethanol dari putaran 1500 rpm sampai putaran 3000 rpm pada bukaan throttle 50%.

Hasil penelitian menunjukan bahwa ketiga variasi mainjet menghasilkan air fuel equivalence ratio yakni λ < 1, λ = 1 dan λ > 1. Pada penggunaan bahan bakar

premium, E20, E40 maupun E60. Ketika λ sedikit kurang dari 1 ataupun sedikit lebih

besar dari 1 maka output torsi mesin, daya dan efisiensi termal akan menurun. Nilai torsi,

daya dan efisiensi termal maksimal diperoleh pada saat λ = 1. Namun nilai Bsfc

maksimal diperoleh pada saat λ < 1. Apabila dibandingkan dengan unjuk kerja bahan

bakar premium, penambahan 20%, 40% dan 60% volume ethanol pada bahan bakar premium akan memperkecil torsi mesin ,daya dan efisiensi termal sedangkan Bsfc meningkat.

(7)

commit to user

iii

Effect of The Mainjet Variation and Mixed Gasoline-Ethanol on Performance of Gasoline Engine 4 Stroke 4 Cylinders

Danang Adityo Kurniawan Mechanical Engineering Department Engineering Faculty of Sebelas Maret University

Surakarta, Indonesia E-mail : dnng.adityo@gmail.com

Abstract

The purpose of this study is to determine the effect of mainjet variation on carburetor and the additional ethanol towards the engine work performance. The research used Toyota Corolla KE20 F 1166 cc machine from 1971 with carburetor system. The materials of this research are gasoline and mixed gasoline-ethanol.

The research starts with coupling the machine’s shaft with the shaft of Engine test

bed to get the output torsion. The variation that made in this research is the exchange of the primary and secondary mainjet in the carburetor. The research use 1500-3000 rpm rotation speed in 50% throttle with the gasoline and then use the mixed gasoline-ethanol, separately.

The result of this study shows that the three variations of mainjet produce air fuel equivalence ratio, λ< 1, λ = 1 and λ> 1 with gasoline, E20, E40 and E60. The output torsion, power and thermal efficiency of the engine will be low when the value of λ is less than 1 or more than 1. The output torsion, power and thermal efficiency are

maximum when the value of λ equals to 1. However the value of Bsfc will be maximum

when the value of λ less than 1. The addition of 20%, 40% and 60% ethanol in gasoline

will be lowering the output torsion, power and thermal efficiency of the engine yet the value of Bsfc increase.

(8)

commit to user iii KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat ALLAH SWT, Tuhan Yang Maha Esa atas segala

limpahan rahmat dan Karunia-Nya sehingga penulis dapat melaksanakan dan

menyelesaikan Skripsi “Pengaruh Variasi Mainjet Dan Campuran Bahan Bakar

Premium-Ethanol Terhadap Unjuk Kerja Mesin Bensin 4 Langkah 4 Silinder” ini

dengan baik.

Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Dalam penyelesaian skripsi ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan tanpa

bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung ataupun tidak langsung. Oleh

karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih

yang sebesar besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam

menyelesaikan Skripsi ini, terutama kepada:

1. Sang Pencipta, Allah SWT, atas segala kenikmatan dan kemudahan yang telah

diberikan.

2. Bapak Ir. Agustinus Sujono, M.T. selaku pembimbing I atas bimbingan serta

nasehatnya hingga selesainya penulisan skripsi ini.

3. Bapak Wibawa Endra Juwana, S.T., M.T. selaku pembimbing II yang

senantiasa memberikan arahan, saran, serta bimbingan dalam penyusunan

skripsi ini.

4. Bapak Didik Djoko Susilo, ST., MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin

UNS Surakarta.

5. Bapak Purwadi Joko Widodo, ST., MKom, selaku pembimbing akademis

yang selalu memberikan motivasi dan semangat dari awal masuk kuliah

sampai sekarang.

6. Seluruh staf dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas

Sebelas Maret atas bimbingan dan bantuannya selama penulis menempuh

(9)

commit to user iv

7. Seluruh staf karyawan di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas

Sebelas Maret atas bantuannya selama penulis menempuh pendidikan.

8. Bapak, Ibu, adiku Rizky dan seluruh keluarga atas do’a restu, motivasi dan

dukungan material maupun spiritual selama penyelesaian Tugas Akhir.

9. Teman seperjuanganku Rachmat Septiyanto, yang sudah membantu dan

bekerja sama dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.

10.Teman-teman baikku, Krisna, Wimba, Bewe terimakasih yang tak terkira

untuk kalian semua. Thank’s all. Semoga sukses untuk semuanya, aku tidak

akan melupakan kalian.

11.Teman-teman Cosinus Teknik Mesin 2008 dan seluruh kakak dan adik

angkatan teknik mesin UNS. Solidarity M forever.

12.Semua pihak yang telah memberikan bantuan moral dan spiritual hingga

terselesainya penulisan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari

sempurna, maka kritik dan saran penulis harapkan untuk kesempurnaan skripsi

ini.

Semoga skripsi ini dapat berguna bagi ilmu pengetahuan dan kita semua

Amin.

Surakarta, Desember 2014

(10)

commit to user

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka ... 4

4. Perbandingan Udara dan Bahan Bakar (AFR) ... 12

5. Efisiensi ... 13

2.2.6 Termokimia dan Bahan Bakar ... 13

1. Reaksi Pembakaran ... 13

2. Bahan Bakar Bensin Hidrokarbon... 15

3. Penyalaan sendiri (Self Ignition) ... 16

4. Perhitungan Dasar Air Fuel Ratio (AFR) Karburator ... 30

(11)

commit to user

vi Bab III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat Penelitian…... 38

3.2 Alat dan Bahan Penelitian... ... 38

3.2.1 Alat... ... 38

3.2.2 Bahan... ... 40

3.3 Skema alat... ... ... 41

3.4 Prosedur Penelitian ... 42

3.4.1 Tahap Persiapan ... 43

3.4.2 Tahap Pengujian ... 43

3.5 Metode Analisa Data ... 44

3.6 Diagram Alir Penelitian ... 45

BAB IV DATA DAN ANALISA 4.1 Data Hasil Pengujian Bahan Bakar ... 46

4.2 Perhitungan Data ... 52

4.2.1 Perhitungan Unjuk Kerja Mesin ... 52

4.2.2 Perhitungan Air Fuel Ratio (AFR)Bahan Bakar ... 53

4.2.3 Perhitungan Air Fuel Equivalence Ratio (λ)Bahan Bakar ... 60

4.2.4 Dasar Perhitungan Air Fuel Ratio (AFR) Karburator ... 61

4.3. Tabel Perhitungan Data ... 67

4.4. Analisa Data ... 73

4.4.1 Analisa Unjuk Kerja Mesin ... 73

BAB V PENUTUP 5.1Kesimpulan ... 88

5.2 Saran ... 88

DAFTAR PUSTAKA ... 89

(12)

commit to user

Tabel 2.4 Hasil perhitungan ideal unjuk kerja mesin pada 1800 rpm. ... 35

Tabel 2.5 Hasil perhitungan ideal unjuk kerja mesin pada 3000 rpm ... 36

Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin ... 39

Tabel 4.1 Data hasil pengujian karakteristik bahan bakar ... 46

Tabel 4.2 Data hasil pengujian unjuk kerja premium pada 2000 rpm ... 46

Tabel 4.3 Data hasil pengujian unjuk kerja E20 pada putaran 2000 rpm . 47 Tabel 4.4 Data hasil pengujian unjuk kerja E40 pada putaran 2000 rpm . 47 Tabel 4.5 Data hasil pengujian unjuk kerja E60 pada putaran 2000 rpm . 48 Tabel 4.6 Data hasil pengujian unjuk kerja Premium pada 2500 rpm ... 48

Tabel 4.7 Data hasil pengujian unjuk kerja E20 pada putaran 2500 rpm . 49 Tabel 4.8 Data hasil pengujian unjuk kerja E40 pada putaran 2500 rpm . 49 Tabel 4.9 Data hasil pengujian unjuk kerja E60 pada putaran 2500 rpm . 50 Tabel 4.10 Data hasil pengujian unjuk kerja premium pada 3000 rpm ... 50

Tabel 4.11 Data hasil pengujian unjuk kerja E20 pada putaran 3000 rpm . 51 Tabel 4.12 Data hasil pengujian unjuk kerja E40 pada putaran 3000 rpm . 51 Tabel 4.13 Data hasil pengujian unjuk kerja E60 pada putaran 3000 rpm . 52 Tabel 4.14 Data hasil perhitungan air fuel ratio (AFR) E20 ... 56

Tabel 4.15 Data hasil perhitungan air fuel ratio (AFR) E40 ... 58

Tabel 4.16 Data hasil perhitungan air fuel ratio (AFR) E60 ... 60

Tabel 4.17 Data hasil perhitungan unjuk kerja premium pada 2000 rpm ... 67

Tabel 4.18 Data hasil perhitungan unjuk kerja E20 pada 2000 rpm ... 67

Tabel 4.21 Data hasil perhitungan unjuk kerja Premium pada 2500 rpm ... 69

Tabel 4.25 Data hasil perhitungan unjuk kerja premium pada 3000 rpm ... 71

(13)

Gambar 2.2 Geometri piston-silinder mesin... ... 7

Gambar 2.3 Siklus langkah pada motor bensin empat langkah ... 7

Gambar 2.4 Diagram P-V pada siklus otto ideal ... 9

Gambar 2.5 Efisiensi pembakaran sebagai fungsi perbandingan equivalen bahan bakar ... 15

Gambar 2.6 Karburator arus naik ... 18

Gambar 2.7 Karburator arus sisi datar ... 19

Gambar 2.8 Karburator arus turun ... 19

Gambar 2.9 Konstruksi ruang pelampung ... 21

Gambar 2.10 Cara kerja pelampung ... 21

Gambar 2.16 Katub solenoid... 25

Gambar 2.17 Primary High Speed System ... 26

Gambar 2.18 Kerja air bleader ... 26

Gambar 2.19 Semprotan Air Bleeder ... 27

Gambar 2.20 Sistem Tenaga ... 28

Gambar 2.21 Sistem Percepatan ... 29

Gambar 2.22 Bagian-bagian dasar karburator ... 30

Gambar 2.23 Grafik kehilangan tekanan pada saluran masuk ... 33

Gambar 2.24 Grafik daya fungsi putaran ... 37

Gambar 3.1 Mesin Toyota Corolla KE20F ... 38

Gambar 3.2 Land &Sea’s DYNOmite Dynamometer Computer System ... 39

Gambar 3.3 Mainjet primer dan sekunder pada karburator ... 40

Gambar 3.4 Alat bantu perbengkelan ... 40

Gambar 3.5 Premium ... 41

Gambar 3.6 Ethanol ... 41

Gambar 3.7 Skema 2D pengujian unjuk kerja dan emisi gas buang mesin Toyota Corolla KE20 F dengan bahan bakar premium dan E20 ... 41

Gambar 3.8 Foto pengujian unjuk kerja dan emisi gas buang mesin Toyota Corolla KE20 F dengan bahan bakar premium dan E20 ... 42

Gambar 3.9 Diagram Alir Penelitian ... 45

Gambar 4.1a Grafik pengaruh Torsi pada putaran mesin pada mainjet ukuran standar (95-120) ... 73

Gambar 4.1b Grafik pengaruh Torsi pada putaran mesin pada mainjet ukuran kecil (80-100) ... 73

(14)

commit to user

ix

Gambar 4.2a Grafik pengaruh Daya pada putaran mesin pada mainjet ukuran standar (95-120) ... 75 Gambar 4.2b Grafik pengaruh Daya pada putaran mesin pada mainjet ukuran

kecil (80-100) ... 76 Gambar 4.2c Grafik pengaruh Daya pada putaran mesin pada mainjet ukuran

Besar (105-140) ... 76 Gambar 4.3a Grafik pengaruh λ terhadap Torsi pada putaran mesin 2000 rpm 78 Gambar 4.3b Grafik pengaruh λ terhadap Torsi pada putaran mesin 2500 rpm 78 Gambar 4.3c Grafik pengaruh λ terhadap Torsi pada putaran mesin 3000 rpm 79 Gambar 4.4a Grafik pengaruh λ terhadap Daya pada putaran mesin 2000 rpm 80 Gambar 4.4b Grafik pengaruh λ terhadap Daya pada putaran mesin 2500 rpm 81 Gambar 4.4c Grafik pengaruh λ terhadap Daya pada putaran mesin 3000 rpm 81 Gambar 4.5a Grafik pengaruh λ terhadap BSfc pada putaran mesin 2000 rpm 83 Gambar 4.5b Grafik pengaruh λ terhadap BSfc pada putaran mesin 2500 rpm 83 Gambar 4.5c Grafik pengaruh λ terhadap BSfc pada putaran mesin 3000 rpm 84 Gambar 4.6a Grafik pengaruh λ terhadap Efisiensi termal pada putaran mesin

2000 rpm ... 85 Gambar 4.6b Grafik pengaruh λ terhadap Efisiensi termal pada putaran mesin

2500 rpm ... 86 Gambar 4.6c Grafik pengaruh λ terhadap Efisiensi termal pada putaran mesin

(15)

CDc = dischrage koefficient of capillary tube

CO = Karbon monooksida

P2 = Tekanan pada langkah kompresi (kPa)

P3 = Tekanan pada saat pembakaran (kPa)

P4 = Tekanan pada langkah ekspansi (kPa)

QLHV = Nilai kalor rendah bahan bakar (kJ/kg)

T2 = Temperatur pada saat pembakaran (°K)

T3 = Temperatur pada langkah ekspansi (°K)

T4 = Temperatur pada langkah buang (°K)

Vd = Volume langkah (m3)

Vc = Volume sisa (m3)

(16)

commit to user

xi V2 = Volume pada saat pembakaran (°K)

V3 = Volume pada langkah ekspansi (°K)

V4 = Volume pada langkah buang (°K)

Ẇ = Daya (kW)

W1-2 = kerja kompresi (kJ)

W3-4 = kerja ekspansi (kJ)

z = jumlah silinder

ρa = Massa jenis udara (kg/m3)

ρf = Massa jenis bahan bakar (kg/m3)

ηc = Efisiensi pembakaran (%)

ηv = Efisiensi volumetris (%)

ηf = Efisiensi termal (%)

λ = Air-fuelr equivalen ratio

= Fuel-air equivalen ratio

(17)

commit to user

xii

DAFTAR LAMPIRAN