UJI EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN UNJUK KERJA
MOTOR OTTO BERBAHAN BAKAR PERTALITE DENGAN
CAMPURAN PERTALITE-ZAT ADITIF CAIR
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
HISKIA BENINDO ONDO TRISNO TARBANTIN PURBA NIM. 110401096
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N
2016
i
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan
karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini dengan
sebaik-baiknya. Tugas sarjana ini merupakan tugas akhir untuk menyelesaikan studi pada
jenjang Pendidikan Sarjana (S1) Teknik Mesin menurut kurikulum Departemen
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan.
Penulis dalam tugas sarjana ini mengambil judul, yaitu “Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Otto Berbahan Bakar Pertalite dengan Campuran Pertalite-Zat Aditif Cair”.
Dalam penulisan Tugas Sarjana ini, penulis telah berupaya dengan segala
kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh
dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Dosen
Pembimbing.
Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih
sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. A. Halim Nasution, M.Sc, selaku dosen pembimbing yang
telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam
menyelesaikan Tugas Sarjana ini.
2. Bapak Ir. Zamanhuri, MT dan Bapak Dr. Eng. Taufiq Bin Nur, ST.
M.Eng.Sc selaku dosen pembanding I dan II yang telah membanding
saya secara komprehensif.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen
Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
4. Ayah Tamba Tuah Purba,SH.M.Si, Ibu Ronselina Saragih, adik Eunike
Lois, kakak dr. Betshaida Purba dan keluarga tercinta yang telah
memberikan dukungan baik moril maupun materiil.
5. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin
Fakultas Teknik USU yang telah membantu saya melengkapi
administrasi.
ii
6. Staff Laboratorium Motor Bakar dan Laboratorium Teknologi
Mekanik Departemen Teknik Mesin Fakultas teknik USU.
7. Teman seperjuangan saya, khususnya M. Hafiz Pratama, Tongin
Sinaga dan Salomo Sinaga yang telah membantu dalam pelaksanaan
pengujian.
8. Teman terdekat saya, dr. Chrisna Tumanggor.
9. Seluruh rekan-rekan Tim Horas Mesin USU.
10.Seluruh mahasiswa Teknik Mesin, terkhusus stambuk 2011, yang tidak dapat disebutkan satu persatu, “Solidarity Forever”.
Akhir kata, dengan segala kerendahan hati penulis mengharapkan kritik
dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan di masa mendatang
dan semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua.
Tuhan Yang Maha Esa selalu menyertai kita.
Medan, 26 Januari 2016
Penulis,
Hiskia Benindo O. T. T. Purba
NIM 110401096
iii
ABSTRAK
Penelitian ini dilakukan secara uji eksperimental terhadap unjuk kerja motor otto 4 langkah 1 silinder dengan rasio kompresi 9:1. Bahan bakar yang digunakan adalah pertalite RON 90 dan dibanding menggunakan bahan bakar campuran pertalite-zat aditif. Variasi dari bahan bakar campuran adalah 8 ml, 50 ml dan 150 ml STP octane booster pada 4 liter pertalite. Hasil dari uji eksperimental menggunakan bahan bakar campuran pertalite-STP octane booster memiliki torsi dan daya yang lebih besar dibanding menggunakan bahan bakar pertalite. Bahan bakar yang mempunyai unjuk kerja optimal pada variasi campuran 8 ml STP dimana memiliki torsi 9,258 Nm dan daya 4,819 kW. Konsumsi bahan bakar spesifik 242,67 gr/kWh. Rasio udara bahan bakar 15,273. Efisiensi volumetris 82,13 % dan efisiensi termal 32,88 %.
Kata kunci: mesin otto 4 langkah, unjuk kerja, pertalite RON 90, aditif, STP octane booster
iv
ABSTRACT
This research conducted by experimental analyze the performance of otto four stroke engine’s performance, single cylinder work with ratio compression 9:1. Fuel that is used pertalite RON 90 and compared with the mixture fuel pertalite-additives. The variations from mixture fuel are 8 ml, 50 ml, 150 ml STP octane booster in 4 litre pertalite. The result from experimental test of using pertalite-STP octane booster fuel mixtures have a greates torque and power than pertalite fuel. The fuel that has the optimum performance using variation mixture fuel 8 ml STP which has torque 9,258 Nm and power 4,819 kW. Specific fuel comsumption 242,67 gr/kWh. Air fuel ratio 15,273. Volumetric efficiency 82,13 % and thermal efficiency 32,88 %.
Keywords: four stroke otto engine, performance, pertalite RON 90, additives, STP octane booster
v
BAB I PENDAHULUAN ...1
1.1. Latar Belakang ...1
1.2. Tujuan Pengujian ...3
1.3. Manfaat Pengujian ...3
1.4. Ruang Lingkup Pengujian ...3
1.5. Sistematika Penulisan ...4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...5
2.1. Dasar Motor Bakar ...5
2.2. Minyak Bumi ...6
2.3. Pertalite ...8
2.4. Dasar Aditif ...10
2.4.1. Klasifikasi Aditif ...11
2.4.1.1. Manfaat Aditif pada Fungsi Sistem Pelumasan ...11
2.4.1.2. Manfaat Aditif pada Fungsi Sistem Distribusi Bahan Bakar dan Sistem Pembakaran ...11
2.4.1.3. Manfaat Aditif pada Fungsi Bahan Bakar ...12
2.4.2. Zat Aditif Secara Umum ...13
2.5. Motor Bakar Bensin ...14
2.5.1. Siklus Otto Ideal ...15
2.6. Unjuk Kerja Motor Bakar Bensin ...17
2.6.1. Torsi (Torque) ...17
2.6.2. Daya (Power) ...17
vi
2.6.3. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik
(Specific Fuel Consumption) ...19
2.6.4. Rasio Udara-Bahan Bakar (Air Fuel Ratio) ...20
2.6.5. Efisiensi Volumetris (Volumetric Efficiency) ...22
2.6.6. Efisiensi Termal (Thermal Efficiency) ...22
2.7. Nilai Kalor Bahan Bakar ...23
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...25
3.1. Objek Penelitian ...25
3.2. Waktu dan Tempat ...25
3.7. Prosedur Pengujian Konsumsi Bahan Bakar ...34
3.8. Prosedur Pengujian Performansi Mesin ...36
3.9. Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ...38
BAB IV ANALISA DAN HASIL PENGUJIAN ...41
4.1. Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ...41
4.2. Pengujian Performansi Motor Bakar ...44
4.2.1. Torsi ...47
4.2.2. Daya ...50
4.2.3. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Specific Fuel Consumption) ...51
4.2.4. Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) ...54
4.2.5. Efisiensi Volumetris...56
4.2.6. Efisiensi Termal ...58
4.3. Hasil Pengujian ...60
4.4. Perbandingan Hasil Pengujian ...61
vii
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...63
5.1. Kesimpulan ...63
5.2. Saran ...66
DAFTAR PUSTAKA ...xiii LAMPIRAN
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Fraksi-fraksi penyulingan bertingkat minyak bumi ... 7
Tabel 2.2. Standar dan mutu (spesifikasi) bahan bakar jenis bensin 90 (pertalite) ... 9
Tabel 3.1. Spesifikasi Honda Supra X 125 D ... 27
Tabel 4.1. Data Hasil T1 dan T2 Air Pendingin Bom Kalorimeter ... 41
Tabel 4.2. Data Hasil Pengujian dan Perhitungan HHV dan LHV ... 42
Tabel 4.3. Nilai Rata-Rata Pengujian Massa Tarik Timbangan Pegas dan Konsumsi 40 ml bahan bakar ... 44
Tabel 4.4. Data Hasil Perhitungan untuk Pengujian Torsi ... 48
Tabel 4.5. Data Hasil Perhitungan untuk Pengujian Daya ... 50
Tabel 4.6. Data Hasil Perhitungan untuk Laju Aliran Bahan Bakar (ṁf) dan konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) ... 52
Tabel 4.7. Data Hasil Rasio Udara dan Bahan Bakar (AFR) ... 54
Tabel 4.8. Data Hasil Perhitungan Efisiensi Volumetris ... 56
Tabel 4.9. Data Hasil Perhitungan Efisiensi Termal ... 58
Tabel 4.10. Hasil Pengujian Rata-Rata Nilai Kalor Bahan Bakar ... 60
Tabel 4.11. Hasil Pengujian Rata-Rata Unjuk Kerja Motor Bakar... 60
Tabel 4.12. Perbandingan Nilai Kalor Bahan Bakar ... 61
Tabel 4.13. Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar ... 62
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Proses pembakaran luar (atas) dan proses pembakaran
Dalam (bawah) ... 6
Gambar 2.2. Destilasi bertingkat ... 7
Gambar 2.3. Pembagian langkah pada siklus otto ... 15
Gambar 2.4. Diagram P-v dan diagram T-s siklus otto ideal ... 16
Gambar 3.12. Pengujian Konsumsi 40 ml Bahan Bakar ... 34
Gambar 3.13. Diagram Alir Pengujian Konsumsi 40 ml Bahan Bakar ... 35
Gambar 3.14. Diagram Alir performansi Motor Bakar ... 37
Gambar 3.15. Pengujian Performansi Motor Bakar ... 38
Gambar 3.16. Diagram Alir Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ... 40
Gambar 4.1. Diagram HHV vs Bahan Bakar ... 43
Gambar 4.2. Diagram LHV vs Bahan Bakar ... 43
Gambar 4.3. Grafik Massa Tarik Timbangan Pegas (kg) vs Putaran Mesin (rpm) ... 45
Gambar 4.4. Diagram Waktu Menghabiskan 40 ml BB vs Putaran Mesin (rpm) ... 46
x
Gambar 4.5. Grafik Pengujian Torsi (Nm) vs Putaran Mesin (rpm) ... 49
Gambar 4.6. Grafik Daya (Watt) vs Putaran Mesin (rpm) ... 51
Gambar 4.7. Grafik Sfc (gr/kWh) vs putaran mesin (rpm) ... 53
Gambar 4.8. Grafik Air Fuel Ratio (AFR) vs Putaran Mesin (rpm) ... 55
Gambar 4.9. Grafik Efisiensi Volumetris ηv (%) vs Putaran Mesin (rpm) ... 57
Gambar 4.10. Grafik Efisiensi Termal ηth,B (%) vs Putaran Mesin (rpm) ... 59
xi
sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kWh
ṁf Laju aliran massa bahan bakar kg/jam
sgz Rasio massa jenis zat -air -
tf Waktu konsumsi bahan bakar detik
A Rasio volume zat aditif-campuran -
P Rasio volume pertalite-campuran -
AFR Air-Fuel Ratio -
ṁa Laju aliran massa udara kg/jam
xii
ma Massa udara masuk silinder per siklus kg
B Diameter piston m
S Panjang langkah m
Vd Volume silinder/displacement m3
Vc Volume sisa/Clearence m3
RC Rasio Kompresi -
Nd Jumlah silinder silinder
a Putaran poros dalam satu siklus putaran
ηv Efisiensi Volumetris %
ηth,b Efisiensi Termal %
ρa Kerapatan udara kg/m3
Pi Tekanan udara masuk silinder kPa
Pa Tekanan udara (101325) Pa
Ti Temperatur udara masuk silinder K
Ta Temperatur udara lingkungan K
R Konstanta udara (0,287) kJ/kg.K
Tkp Kenaikan temperatur kawat penyala oC
T1 Temperatur air pendingin sebelum oC
Penyalaan
T2 Temperatur air pendingin sesudah oC
Penyalaan
Cv Panas jenis bom kalorimeter (73529,6) kJ/kgoC
