STUDI PENGARUH OVERSIZE PISTON TERHADAP VOLUME LANGKAH DAN LAJU KONSUMSI BAHAN BAKAR
Tugas Akhir
Untuk Memenuhi Sebagian syarat-syarat Yang Diperlukan untuk Memperoleh
Ijazah Sarjana Teknik
DisusunOleh :
JAFAR MURNI
NIM :06C10202001
Bidang : Teknik Konversi Energi Jurusan : Teknik Mesin
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS TEUKU UMAR
MEULABOH
–
ACEH BARAT
1 BAB I
PENDAHULUAN 1.1.Latar belakang
Modifikasi bidang otomotif akhir-akhir ini mengalami perkembangan yang sangat pesat dan beragam, hampir semua sistem dalam teknologi otomotif baik sepeda motor maupun mobil mengalami sentuhan modifikasi. Modifikasi bidang otomotif yang dilakukan bertujuan untuk mendapatkan unjuk kerja yang lebih baik dari sebuah sistem kerja otomotif. Dilakukan dengan sistem kerja yang standar, merubah spesifikasi komponen ataupun dengan cara memberi komponen tambahan. Modifikasi bidang otomotif merupakan peluang bisnis yang sangat menjanjikan sekaligus penuh tantangan, maka terjun kedalam bidang modifikasi otomotif dibutuhkan pengetahuan dasar tentang sistem kerja yang mendalam dan kreatifitas yang tinggi.
Salah satu komponen mesin yang mengalami modifikasi yang trend saat ini adalah volume silinder (cc). Modifikasi volume silinder (cc) bertujuan untuk meningkatkan performance mesin sepeda motor. Mesin sepeda motor bebek standar di Indonesia produksi tahun 2000an yang rata
– rata berkapasitas 110 cc sampai 125 cc. Bagi pemilik sepeda motor produki dibawah tahun 2000an yang rata – rata memiliki kapasitas mesin 100 cc merasa motornya kurang bertenaga terutama untuk kaum muda. Bisa diambil alternative memodifikasi kapasitas mesinnya dengan mengganti komponen milik motor bebek lainnya atau saling subtitusi. Untuk menaikan volume silinder biasanya dilakukan ubahan pada diameter piston dan langkah piston.
2 1.2.Rumusan masalah
Dalam permasalahan kali ini akan dibahas tentang sepeda motor Suzuki Smash yang akan diperbesar diameter pistonnya (0.25, 0.50, 0.75).
Permasalahan yang timbul adalah bagaimana mengetahui peforma sepeda motor dan laju konsumsi bahan bakar dengan dilakukan modifikasi oversize terhadap piston tersebut.
1.3.Batasan masalah
Batasan masalah pada modifikasi diameter piston terhadap laju konsumsi bahan bakar, tanpa membahas material piston serta tanpa mengubah sudut sequis kepala silinder standar.
1.4.Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui seberapa besar pengaruh penggunaan diameter piston terhadap momen torsi, daya poros, laju konsumsi bahan bakar spesifik dan efisiensi bahan bakar.
1.5.Manfaat
Manfaat yang diperoleh dari hasil modifikasi adalah sebagai berikut : 1. sebagai bahan acuan dalam perkembangan teknologi otomotif
khususnya dalam hal modifikasi.
3 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Mesin bensin
Mesin bensin adalah salah satu jenis motor pembakaran dalam yang banyak digunakan untuk menggerakan atau sebagai sumber tenaga pada kendaraan. Motor bensin menghasilkan tenaga pembakaran bahan bakar dan udara (Oksigen) yang ada dalam silinder dan dalam pembakaran ini akan menimbulkan panas sekaligus akan mempengaruhi gas yang ada dalam silinder untuk mengembang.
Gambar 2.1 motor bensin 4 langkah (Pedoman Reparasi sepeda motor: 4-0)
4 meledak akibat lompatan bunga api dari busi, yang kemudian mendorong piston yang ada dalam silinder untuk bergerak translasi didalam silinder. Sedang pada piston tersebut dihubungkan dengan Con-rod yang menghubungkan piston dengan Crankshaft (poros engkol) yang kemudian mengubah gerakan translasi piston menjadi gerak rotasi. Dari gerakan rotasi inilah yang kemudian akan menggerakan system kopling dan transmisi sehingga dapat menggerakan kendaraan.
2.2. Piston
Piston atau Torak serta ada pula yang menyebutnya „Seher‟, adalah
komponen mesin yang mengubah atau mentransfer tekanan pembakaran yang menjadi gerak lurus (sliding) yang selanjutnya dengan perantara pena torak, batang torak, dan poros engkol gerak lurus dari torak tersebut diubah menjadi gerak putar. Oleh karena itu, toak harus tahan terhadap tekanan yang tinggi, panas yang tinggi, dan mampu bekerja dengan kecepatan yang tinggi yaitu 24.000 kali pada putaran mesin 12.000 rpm, atau 400 kali gerak naik turun perdetik.
5 2.3. Stroke / langkah
Stroke atau sering diterjemahkan menjadi langkah piston adalah panjang gerakan piston bolak – balik dari bagian atas silinder atau titik mati atas (TMA) menuju bagian bawah silinder atau titik mati bawah (TMB), maupun sebaliknya.
Satu langkah torak adalh sama dengan setengah putaran kruk as atau poros engkol. Panjang langkah torak ditentukan oleh putaran poros engkol (crankshaft). Atau sama dengan panjang antara titik pusat poros engkol dengan tempat batang piston dipasang. Diameter dan langkah ini menentukan volume atau kapasitas mesin.
2.4. Mekanisme Kerja Motor Bensin
Motor bensin 4 langkah adalah motor yang setiap empat langkah torak/piston (dua putaran engkol) sempurna menghasilkan satu tenaga kerja (satu langkah kerja).
1. Langkah pemasukan, yang dimulai dengan piston pada titik mati atas (TMA) dan berakhir ketika piston mencapai titik mati bawah (TMB). Untuk menaikkan massa yang terhisap, katup masuk terbuka saat langkah ini dan menutup setelah langkah ini berakhir.
2.Langkah kompresi, ketika kedua katup tertutup dan campuran di dalam silinder terkompresi ke bagian kecil dari volume awalnya.
3. Langkah kerja, atau langkah ekspansi dimulai saat piston pada TMA dan berakhir dan berakhir sekitar 45° sebelum TMB. Gas bertekanan tinggi menekan piston turun dan memaksa engkol berputar. Ketika piston mencapai 45° sebelum TMB, katup buang terbuka untuk memulai proses pembuangan dan menurunkan tekanan silinder hingga mendekati tekanan pembuangan. 4. Langkah pembuangan, dimulai ketika piston mencapai TMB. Ketika katup
buang membuka, piston menyapu keluar sisa gas pembakaran hingga piston mencapai TMA, katup masuk membuka, katup buang tertutup, dan siklus dimulai lagi (Pudjanarsa, Nursuhud, 2006).
6 Gambar. 2.2. Prinsip Kerja Motor 4 Langkah
2.5. Dasar-Dasar Perhitungan Volume Silinder 1. Kapasitas mesin
Volume yang terbentuk akibat pergerakan piston dari titik mati bawah munuju titik mati atas (dan sebaliknya). Volume langkah ini dapat dihitung dengan menggunakan rumus volume tabung dengan satuan cc.
Vs : volume langkah (cc) d : diameter silinder (mm)
l : panjang langkah (mm) n : jumlah silinder
7 dikuadratkan, sementara langkah tidak. Artinya, dengan memperbesar diameter, maka perbandingan kompresi akan menjadi lebih tinggi.
2. Perbandingan kompresi
Perbandingan kompresi adalah perbandingan volume silinder dan ruang antara awal langkah kompresi (katup masuk mulai tertutup) dan setelah akhir langkah kompresi saat piston berada pada titik mati atas (TMA) :
Rc : perbandingan kompresi Vef : volume efektif (cc)
Vc : volume sisa / volume ruang bakar (cc)
2.6. Metode Perhitungan Performa/Prestasi Mesin
Pada umumnya kinerja suatu mesin bisa diketahui dari membaca dan menganalisa parameter yang ditulis dalam sebuah laporan atau media lain. Biasanya kita akan mengetahui daya, torsi dan konsumsi bahan bakar spesifik dari mesin tersebut. Parameter itulah yang menjadi pedoman praktis prestasi sebuah mesin. Secara umum daya berbanding lurus dengan luas piston sedang torsi berbanding lurus dengan volume langkah. Parameter tersebut relative penting digunakan pada mesin yang berkemampuan kerja dengan variasi kecepatan operasi dan tingkat pembebanan. Daya maksimum didefinisikan sebagai kemampuan maksimum yang dihasilkan oleh suatu mesin.
1. Torsi dan daya poros Torsi
8 antara gaya yang dihasilkan dari tekanan hasil pembakaran pada torak dikalikan dengan jari-jari lingkar poros engkol. Semakin sempurna pembakaran suatu motor, maka torsi yang terbangkit akan
semakin maksimal. Bila radius tenaga yang bekerja adalah “r”
Untuk mengangkat suatu benda dengan ketinggian atau jarak tertentu membutuhkan kerja yang sama tanpa memperhatikan kerja tersebut dilakukan dalam 1 detik, 1 jam, maupun 1 tahun.
Laju kerja yang dilakukan dalam satuan waktu disebut daya. Daya motor diukur dari berapa besarnya kerja yang dilakukan oleh motor tersebut pada waktu tertentu, umumnya daya dihitung dalam 1 detik 75 m-kg (1 Horse Power).
Dimana : T : Torsi (Nm)
9 2. Tekanan efektif rata – rata
Tekanan efektif rata – rata (bmep) diperoleh dari pembagian kerja per siklus dengan volume silinder per siklus (Heywood, 1988;50)
dimana :
bmep : tekanan efektif rata – rata (Kpa) Pb : daya poros (KW)
nR : jumlah putaran poros engkol untuk setiap langkah kerja (2 siklus untuk 4 langkah)
Vd : volume langkah (mm3) N : putaran kerja (rev/s)
3. Konsumsi bahan bakar spesifik dan laju konsumsi bahan bakar Konsumsi bahan bakar spesifik / Specific Fuel Comsumsion (Sfc)
adalah banyaknya bahan bakar yang dipakai setiap detik untuk menghasilkan satu satuan daya dan waktu pemakaian sebanyak 10 ml (Heywood, 1988;51)
dimana :
mf : laju konsumsi bahan bakar (g/s) P : daya poros (KW)
10 Dimana :
t : waktu konsumsi bahan bakar setiap 1 ml (s) ρ : massa jenis bahan bakar (gr/cm3)
ρprem : 0,73 gr/cm3 untuk premium (pertamina)
4. Efisiensi
Efisiensi adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan per siklus terhadap jumlah energy yang disuplai per siklus yang dapat dilepaskan selama pembakaran. (Heywood, 1988;52)
dimana :
QHV : nilai kalor rendah bahan bakar (KJ/Kg) : 45000 KJ/Kg untuk premium
11 BAB III
METODE PENELITIAN
3.1.TEMPAT DAN WAKTU PELAKSANAAN
Penelitian ini dilakSanakan selama 6 (enam) bulan untuk mencapai target yang diinginkan. Pekerjaan persiapan dan pengujian serta segala sesuatu yang menyangkut pekerjaan kesekretariatan akan dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Teuku Umar
3.2.PERALATAN PENELITIAN
Penelitian ini menggunakan objek ukur dan alat ukur sebagai berikut :
1. Sepeda motor Suzuki Smash Tipe : 4 Langkah Kapsitas silinder : 110 cc Jumlah silinder : 1
Daya Maksimum : 7,7 PS / 700 rpm Torsi maksimum : 0.81 Kg.m / 5500 rpm
2. Piston sepeda motor Suzuki Smash Jumlah : 4 buah
Ukuran : standar, oversize 1 (0.25), oversize 2 (0.50) dan oversize 3(0.75)
4. Jangka Sorong
12 3.3. PROSEDUR PENELITIAN
Penelitian dilakukan secara berurutan sesuai dengan prosedur penelitian yang telah direncanakan yaitu :
1. Mengukur diameter piston standar dan oversize, piston oversize yang dipilih adalah ukuran 0.25, 0.50 dan 0.75.
2. Mengukur panjang langkah piston sepeda motor Suzuki Smash.
3. Perhitungan volume langkah dari mesin tersebut, asumsi jika dilakukan pergantian terhadap komponen piston Suzuki Smash dengan piston oversize
13 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Literatur Spesifikasi Sepeda Motor Suzuki Smash
Spesifikasi sepeda motor Suzuki Smash untuk pemasaran produsen memberikan informasi data tentang mesin (spesifikasi mesin) sepeda motor. Informasi datamengenai spesifikasi mesin sepeda motor yang biasa diberikan produsen
dalam memasarkan produk mereka dapat kita lihat pada tabel. 4.1
Tabel 4.1. Spesifikasi mesin sepeda motor Suzuki Smash 110cc
Spesifikasi mesin Contoh data
yang diberikan Keterangan
Jenis mesin Empat langkah Jenis yanng lain adalah mesin dua
langkah
SOHC Pilihan lainnya DOHC, OHC, SV, dll
Pendinginan udara Yang lainnya berpendingin air
Jumlah silinder 1
isi silinder 109cc Volume silinder adlah jumlah total
dari volume langkah dtambah denngan volume ruanng bakar. Volume ruang bakar adalah volume ruangan yang terbentuk antara kepala silinder dan kepala piston mencapai TMA. Volume lanngkah adalah volume yang terbentuk pada saat piston bergerak keatas dari TMB ke TMA, dimana volume lanngkah yaitu volume yang dipindahkan saat piston bergerak. Dihitung denga suatu rumus dengan satuan cc atau cm3 atau liter/M3.
Langkah piston 48,8 mm Langkah adalah gerak tunggal piston
yang diukur dengan satuan mm
Diameter silinder 53,5 mm Diameter silinder adalah diameter
14 Perbandingan
kompresi
9,6:1 Perbandingan kompresi adalah
perbandingan antara volume silinder dengan volume ruang bakar.batasan-batasnnya adalah :
- Mesin dua langkah : 6-8 :1
- Mesin empat langkah : 8-10:1
Daya maksimum 7,7 PS/700 rpm PS (prerd stark in jerman) adalah
tenaga untuk menggerakkan obyek seberat 75 Kg sejauh 1 m dalam 1 secon (makin besar tenaga makin besar jumlah kerja persatuan waktu) 1 Ps=75 Kg m/sec
Torsi maksimum 0,81 Kg-m/5500 Ketika sepeda motor bekerja pada
torsi maksimum, gaya gerak roda belakang juga maximum. Dengan kata lain daya dorong roda belakang paling besar ketike torsi mesin juga
maksimal daya dorong roda belakang sama dengan gaya tarik menarik roda belakang motor dapat maju kedepan dengan adanya gaya tarik ini yang melawan gaya tahanan pada saat berjalan.
Sistim starter Listrik dan engkol Sistim pelumasan perendan an oli
Sumber : Jalius Jama, dkk, 2008
4.2. Pengukuran Diameter Piston
15 Tabel 4.1. Ukuran piston sepeda motor Suzuki Smash
No Ukuran Piston Diameter Piston (mm)
Diameter Silinder (mm)
1 Standar 52,00 53,50
2 Oversize 1 (0.25) 52,70 54,30 3 Oversize 2 (0.50) 54,60 56,10 4 Oversize 3 (0.75) 55,30 56,80
Proses pengukuran diameter piston sepeda motor Suzuki Smash seperti terlihat pada Gambar 4.1.
16 Gambar 4.2. Proses pengukuran diameter silinder sepeda motor Suzuki Smash
4.3. Pengukuran panjang Langkah Piston
17 Gambar 4.3. Pengukuran panjang langkah piston sepeda motor Suzuki Smash
4.4. Perhitungan Volume Langkah Piston
Dari data yang didapatkan pada literatur dan pengukuran langsung dilapangan dapat dihitung volume langkah piston dengan menggunakan persamaan berikut :
Dimana :
18 Hasil perhitungan volume langkah piston ditunjukkan dalam tabel 4.2
Untuk diameter silinder standar 53,50 mm dan panjang langkah 48,8 mm, maka :
Vs = [(3,14) x (53,50mm)2 x (48,8mm) x (1) ] / 4000 Vs = 438588,292 mm3 / 4000
Vs = 109,647 mm3 Vs = 109,647 cc
Untuk diameter silinder oversize piston 0,25 maka diameter silinder 54,30 mm dan panjang langkah 48,8 mm, maka :
Vs = [(3,14) x (54,30 mm)2 x (48,8mm) x (1) ] / 4000 Vs = 451803,02 mm3 / 4000
Vs = 112,95 mm3 Vs = 112,95 cc
Untuk diameter silinder oversize piston 0,50 maka diameter silinder 56,10 mm dan panjang langkah 48,8 mm, maka :
Vs = [(3,14) x (56,10 mm)2 x (48,8mm) x (1) ] / 4000 Vs = 482253,283 mm3 / 4000
Vs = 120,56 mm3 Vs = 120,56 cc
Untuk diameter silinder oversize piston 0,75 maka diameter silinder 56,80 mm dan panjang langkah 48,8 mm, maka :
Vs = [(3,14) x (56,80 mm)2 x (48,8mm) x (1) ] / 4000 Vs = 494363,208 mm3 / 4000
19 Tabel 4.2. Hasil perhitungan volume langkah piston
No Ukuran Piston Diameter Silinder (mm)
Volume langkah (cc)
1 Standar 53,50 109,647
2 Oversize 1 (0.25) 54,30 112,95 3 Oversize 2 (0.50) 56,10 120,56 4 Oversize 3 (0.75) 56,80 123,59
4.5. Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar
Asumsi literatur (Ferdywanto.P ,2012) Persneling-1 Kecepatan Rencana 10 km/jam. pada penelitian sejenis menggunak
an sepeda motor Suzuki Smash 110cc, didapatkan hasil pengamatan adalah 100 ml
a.) Putaran Motor : 3725 (rpm)
b.) Waktu Tempuh Untuk 1,4 km : 08:16 (menit/detik) c.) Konsumsi Bahan Bakar : 100 (ml)
a. Kecepatan Aktual :
v = 1,4 km x (3600/496) v = 10,16 km/jam
20 Contoh perhitungan :
fc = 100 ml x (3600/496) fc = 725,8 ml/jam
c. Laju Konsumsi Bahan Bakar mf = fc x ρf
Diambil data uji berat jenis bahan bakar :
ρf = 0,744 kg/liter
Untuk data persneling-1 pada kecepatan 10 km/jam mf = fc x ρf
21 BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari studi lapangan dan studi literatur yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa:
1. untuk sepeda motor Suzuki Smash jika dilakukan oversize pada piston akan terjadi penambahan volume langkah, hasil studi piston standar dengan volume langkah 109,647 cc, piston oversize 0,25 volume langkah 112,95 cc, piston oversize 0,50 volume langkah 120,56 cc, piston oversize 0,75 volume langkah 123,59 cc.
2. Studi literatur menggunakan sepeda motor Suzuki Smash 110cc, didapatkan hasil pengamatan adalah 100 ml, Putaran Motor 3725 (rpm), Waktu Tempuh Untuk 1,4 km : 08:16 (menit/detik) dihasilkan laju konsumsi bahan bakar 539,9 gr/jam
5.2. Saran
22 DAFTAR PUSTAKA
Nugroho, Amien, 2005, Ensiklopedi Otomotif, cetakan pertama, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta
Rocky Fernando Laki. Dkk, 2013, Analisis Konsumsi Bahan Bakar Motor Bensin Yang Terpasang Pada Sepeda Motor Suzuki Smash 110cc Yang Digunakan Pada Jalan Menanjak, Jurusan Teknik Mesin Universitas Sam Ratulangi
Julius Jama. Dkk, 2008, Teknik Sepeda Motor Jilid 1, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Departemen Pendidikan Nasional
Julius Jama. Dkk, 2008, Teknik Sepeda Motor Jilid 2, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Departemen Pendidikan Nasional
Ivan Surya Kartika. Dkk, 2013, Konversi Penggunaan Bahan Bakar Bensin Ke Bahan Bakar Ethanol Pada Motor Bakar 4 Langkah Untuk Sepeda Motor , Jurusan Teknik Mesin Universitas Kristen Petra
