PENGARUH TAMBAHAN KATUP PADA PIPA GAS BUANG TERHADAP UNJUK KERJA MESIN OTTO SATU SILINDER

(1)

TUGAS AKHIR – RM1542

PENGARUH TAMBAHAN KATUP PADA PIPA GAS

BUANG TERHADAP UNJUK KERJA MESIN OTTO

SATU SILINDER

YUNARTO DONO INDHARTO NRP 2102 109 506

Dosen Pembimbing

Prof. Dr. Ir. H. Djoko Sungkono A.K, M.Eng.Sc. JURUSAN TEKNIK MESIN

Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2007

(2)

FINAL PROJECT – RM1542

THE EFFECT OF ADDITIONAL VALVE ON

EXHAUST PIPE FOR THE PERFORMANCE OF

OTTO ENGINE SINGLE CYLINDER

YUNARTO DONO INDHARTO NRP 2102 109 506

Academic Supervisor

Prof. Dr. Ir. H. Djoko Sungkono A.K, M.Eng.Sc. DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING Faculty of Industrial Technology

Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2007

(3)

PENGARUH TAMBAHAN KATUP PADA PIPA

GAS BUANG TERHADAP UNJUK KERJA MESIN

OTTO SATU SILINDER

TUGAS AKHIR

Oleh :

YUNARTO DONO INDHARTO Nrp. 2102 109 506

Surabaya, Pebruari 2007 Mengetahui/Menyetujui

Pembimbing

Prof.Dr.Ir.H.D.Sungkono A.K, M.Eng.Sc NIP. 130 532 333

SURABAYA PEBRUARI, 2007

(4)

THE EFFECT OF ADDITIONAL VALVE ON

EXHAUST PIPE FOR THE PERFORMANCE OF

OTTO ENGINE SINGLE CYLINDER

FINAL PROJECT

By :

YUNARTO DONO INDHARTO Nrp. 2102 109 506

Surabaya, February 2007 Knowing/Aggreeing Academic Supervisor

Prof.Dr.Ir.H.D.Sungkono A.K, M.Eng.Sc NIP. 130 532 333

SURABAYA FEBRUARY, 2007

(5)

PENGARUH TAMBAHAN KATUP PADA PIPA GAS BUANG TERHADAP UNJUK KERJA MESIN OTTO

SATU SILINDER

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

pada

Bidang Studi Konversi Energi Progam Studi S-1 Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Oleh :

YUNARTO DONO INDHARTO

Nrp. 2102 109 506

Disetujui oleh Tim Penguji Tugas Akhir :

1. Prof.Dr.Ir.H.D.Sungkono A.K, M.Eng.Sc ....(Pembimbing)

2. Ir. Sudjud Darsopuspito, MT ...(Penguji I)

3. Bambang Sudarmanta, ST, MT ...(Penguji II)

4. Ir. Astu Pudjanarsa, MT ...….(Penguji III)

SURABAYA PEBRUARI, 2007

(6)

PENGARUH TAMBAHAN KATUP PADA PIPA GAS BUANG TERHADAP UNJUK KERJA MESIN OTTO SATU SILINDER

Nama Mahasiswa : YUNARTO DONO INDHARTO NRP : 2102 109 506

Jurusan : Teknik Mesin FTI - ITS

Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. H.D. SUNGKONO A.K, M.Eng.Sc

Abstrak

Telah banyak dilakukan penelitian mengenai knalpot yang bertujuan untuk memanfaatkan energi yang terbuang. Salah satu cara dengan menambahkan alat yang disebut katup pada pipa gas buang. Penggunaan katup ini telah banyak diaplikasikan pada mesin sepeda motor ber-cc besar dan multi silinder. Hal ini telah dilakukan oleh : Suzuki (S.E.T.), Yamaha (E.X.U.P.) dan Honda (H-V.I.X.). Pada penelitian ini ingin diketahui apakah penambahan katup pada pipa gas buang dapat meningkatkan unjuk kerja dari mesin Otto satu silinder.

Metode penyelesaian dilakukan pada knalpot dari sepeda motor silinder tunggal Honda Legenda, dengan variasi bukaan katup dari 00 _{- 60}0 _{pada putaran 4000-8000 rpm dengan interval 500} rpm dan dibandingkan dengan knalpot standar. Penelitiannya dilakukan di Laboratorium Bahan Bakar dan Motor Pembakaran Dalam Jurusan Teknik Mesin FTI – ITS.

Setelah melakukan analisa data yang diperoleh dari hasil pengujian, maka didapatkan kenaikan torsi, daya, bmep dan efisiensi pada putaran ≤ 6000 rpm masing-masing sebesar 2,51 %, 2,95 %, 3,87 % dan 2,97 %. Sfc mengalami penurunan sebesar 2,8 % pada putaran ≤ 6000 rpm. Sedangkan pada putaran 4000-8000 rpm, HC dan CO masing-masing mengalami penurunan sebesar 11,57 % dan 18,09 %.

Kata kunci : Mesin Otto Satu Silinder, Knalpot, Pipa Gas Buang, Katup, Unjuk Kerja.

(7)

THE EFFECT OF ADDITIONAL VALVE ON EXHAUST

PIPE FOR THE PERFORMANCE OF OTTO ENGINE SINGLE CYLINDER

Student Name : YUNARTO DONO INDHARTO NRP : 2102 109 506

Department : Mechanical Engineering FTI-ITS Academic Supervisor : Prof. Dr. Ir. H.D. SUNGKONO

A.K, M.Eng.Sc

Abstract

Several research about exhaust system have already been done with the main purpose to utilize energy that has already lost. One of the ways is adding a tool which is called valve on exhaust pipe. The using of this valve has already applied to multi cylinders and big-cc motorcycle. This application has already been done by Suzuki (S.E.T.), Yamaha (E.X.U.P.) dan Honda (H-V.I.X.). In this research, it is wants to be known wether additional valve on the exhaust pipe of Otto engine single cylinder able to increase its performance.

Solving method for this research is done to the exhaust system of single cylinder motorcycle Honda Legenda, which has variation of open valve 00 _{- 60}0_{on the rotation of 4000–6000 rpm with interval of} 500 rpm, and compared with the condition of standard exhaust system. The research is done in The Fuel and Internal Combustion Engine Laboratory, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Industrial Technology, Sepuluh Nopember Institute of Technology. Data analysis which is taken from experiment, gained several result which are: increasing of torque : 2,51 %, increasing of brake horse power : 2,95 %, increasing of bmep : 3,87 %, increasing of effeciency : 2,97 % on rotation of ≤ 6000 rpm. Sfc is reducing : 2,8 % on rotation of ≤ 6000 rpm. While on the rotation of 4000 – 8000 rpm, HC is reducing : 11,57 % and CO is reducing : 18,09 %. Keyword : Otto Engine Single Cylinder, Exhaust System, Exhaust

(8)

KATA PENGANTAR

ALHAMDULILLAH segala puji dan syukur serta

sembah syukurku kehadirat ALLAH SWT. atas limpahan Rahmat, Hidayah, Ridho dan Kasih Sayang-Nya serta Shalawat dan Salam Kepada Junjungan Kita Nabi Kita Nabi Besar Nabi Muhammad SAW. yang telah menunjukkan penulis dan kita semua jalan yang lurus, sehingga terselesaikannya tugas akhir dengan judul :

PENGARUH TAMBAHAN KATUP PADA PIPA GAS BUANG TERHADAP UNJUK KERJA MESIN

OTTO SATU SILINDER

Penulisan tugas akhir ini adalah dalam rangka memenuhi salah satu persyaratan akademis yang harus diselesaikan setiap mahasiswa Sarjana S-1, Teknik Mesin FTI-ITS.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan bantuan, dukungan serta dorongan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada :

1. Prof. Dr. Ir. H. Djoko Sungkono A. K, M.Eng.Sc selaku dosen pembimbing dan sekaligus ayah dalam tugas akhir ini yang mana dengan penuh kesabaran dan dedikasi telah memberikan bimbingan, motivasi dan dukungan yang diberikan selama penulisan Tugas Akhir ini.

2. Ir. Sudjud Darsopuspito., MT, Bambang Sudarmanta., ST, MT dan Ir. Astu Pudjanarsa., MT selaku tim penguji sidang Tugas Akhir atas segala masukan dan saran dalam perbaikan Tugas Akhir ini.

3. Dr. Ing. Herman Sasongko selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin ITS.

(9)

4. (Alm) Papa dan Mama tercinta atas doa, beasiswa, rasa kasih sayangnya, serta restunya yang selalu mengalir dan mengiringi perjalanan hidupku selama ini.

5. My sis and My Brot tercinta (Mbak Ida dan Mas Bambang) terima kasih atas bantuan, perhatian, dorongan, support dan doanya.

6. For Izza : Thank for your support.

7. My Best Friends : Arief ’DOP’, Koko, Ari Susanto, Riko, Bahij yang selama ini penulis anggap sebagai keluarga dan saudara dalam menemani hidup.

8. Keluarga Besar Karangmenjangan : Arek2 kos, Jemblunk, Mbak Tuti, Keluarga Besar Kramat-Wiyung : Wanto, Dion, Humprey, Oyan, Mo, Keluarga Besar Kejawan-Gebang : Fatih, Cimot, Saipul, Keluarga Besar Marina : Lumbie, Batt, Etam, Gondhol, Gondo, Cak Wawa, Ardian, Dika, Jember, Gepenk, Kucink, Special to Juned thank’s a lot for your computer dan teman-teman yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang mana telah membantu penulis dalam menemukan jati diri, memberi semangat dan gairah dalam hidup ini, serta doa yang tak henti-hentinya dipanjatkan.

9. Satria Merahku dan Honda Lagandaku yang setia menemani kemana Penulis pergi.

(10)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Perumusan Masalah ... 2 1.3 Tujuan Penelitian ... 2 1.4 Batasan Masalah ... 2 1.5 Manfaat Penelitian ... 3 1.6 Penelitian Sebelumnya ... 3 1.7 Metodologi Penelitiaan ... 4 1.8 Sistematika Penulisan ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 7

2.1 Kajian Terdahulu ... 7

2.2 Dasar Teori ... 9

2.2.1 Exhaust System ... 9

2.2.2 Teori Energi Kinetik pada Pembilasan Silinder ... 10

2.2.3 Gelombang Tekanan Balik di Awal dan Akhir Pipa ... 12

2.2.4 Fenomena Gas Buang ... 13

2.2.5 Teori Dasar Perancangan Exhaust System .... 16

2.2.6 Pemasangan Valve pada Exhaust System ... 18

2.2.6.1 Suzuki (S.E.T.)... 19

2.2.6.2 Yamaha (E.X.U.P.) ... 21

2.2.6.3 Honda (H-V.I.X.) ... 22

(11)

2.2.7 Parameter Unjuk Kerja Motor Pembakaran

Dalam ... 23

2.2.7.1 Torsi, T ... 24

2.2.7.2 Daya, Ne ... 25

2.2.7.3 Tekanan Efektif Rata-rata, bmep ... 27

2.2.7.4 Pemakaian Bahan Bakar Spesifik, sfc ... 27

2.2.7.5 Efisiensi Thermis, ηth ... 28

2.2.8 Emisi Gas Buang Motor Bensin ... 28

2.2.8.1 Carbon Monoksida, CO ... 30

2.2.8.2 Hidrocarbon, HC ... 32

2.2.8.3 Nitrogen Oksida, NOX ... 35

BAB III METODE PENELITIAN ... 37

3.1 Metode Pengujian ... 37

3.2 Spesifikasi Alat ... 37

3.3 Prosedur Percobaan ... 40

3.4 Skema Alat Uji ... 42

3.5 Komponen dan Skema Posisi Valve pada Knalpot ... 43

3.6 Langkah Penelitian ... 46

3.7 Langkah Pembuatan ... 47

BAB IV PERHITUNGAN DAN ANALISA ... 49

4.1 Perhitungan ... 49

4.1.1 Perhitungan Torsi ... 49

4.1.2 Perhitungan Daya ... 49

4.1.3 Perhitungan Tekanan Efektif Rata-Rata ... 50

4.1.4 Perhitungan Pemakaian Bahan Bakar Spesifik ... 50

4.1.5 Perhitungan Efisiensi Thermis ... 51

4.2 Analisa ... 51

4.2.1 Analisa Torsi ... 52

4.2.2 Analisa Daya ... 55

4.2.3 Analisa Tekanan Efektif Rata-rata ... 58

4.2.4 Analisa Pemakaian Bahan Bakar Spesifik ... 50

4.2.5 Analisa Efisiensi Thermis ... 64

(12)

4.2.6 Analisa Emisi Gas Buang ... 66

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 71

5.1 Kesimpulan ... 71

5.2 Saran ... 71 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN A : Data Hasil Pengujian

(13)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bentuk dan dimensi dari valve pada bukaan

450 ... 7

Gambar 2.2 Grafik hubungan torsi dan putaran ... 8

Gambar 2.3 Grafik hubungan sfc dan putaran ... 8

Gambar 2.4 Exhaust System pada Honda Legenda ... 9

Gambar 2.5 Teori energi kinetik dari scavenging ... 11

Gambar 2.6 Gelombang tekanan balik di awal dan akhir pipa ... 13

Gambar 2.7 Sudut difuser pada saluran gas buang ... 16

Gambar 2.8 Sistem S.E.T. pada motor Suzuki ... 20

Gambar 2.9 Diagram control sistem untuk S.E.T ... 20

Gambar 2.10 Sistem E.X.U.P. pada motor Yamaha ... 21

Gambar 2.11 Sistem H-V.I.X. Throttle Valve pada motor Honda ... 22

Gambar 2.12 Grafik hubungan putaran mesin dengan torsi dengan pemasangan H-V.I.X. Valve 23 Gambar 2.13 Pengujian SI engine dengan variabel speed untuk Full Open Throttle (CR 9) .... 24

Gambar 2.14 Skema Waterbrake ... 26

Gambar 2.15 Mekanisme terbentuknya pollutan HC, CO dan NO pada mesin SI ... 29

Gambar 2.16 Emisi gas buang terhadap pebandingan A/F pada mesin S.I ... 31

Gambar 2.17 Exhaust HC fungsi top and clearence : 885 rpm, MBT timing, A/F 13 ... 33

Gambar 2.18 Flame quenching (a) api berpropagasi diantara dinding (b) api berpropagasi dekat dinding ... 34

Gambar 2.19 Dampak menaikkan laju pembakaran pada HC ... 35

Gambar 3.1 Posisi sepeda motor ... 42

(14)

Gambar 3.2 Skema peralatan ... 43

Gambar 3.3 Skema valve ... 43

Gambar 3.4 Posisi valve pada knalpot ... 44

Gambar 3.5 Komponen valve sebelum di assembling .... 44

Gambar 3.6 Komponen valve sesudah di assembling .... 45

Gambar 3.7 Flowchart penelitian ... 46

Gambar 3.8. Flowchart pembuatan ... 47

Gambar 4.1 Grafik torsi terhadap putaran mesin ... 52

Gambar 4.2 Grafik daya terhadap putaran mesin ... 56

Gambar 4.3 Grafik bmep terhadap putaran mesin ... 58

Gambar 4.4 Grafik sfc terhadap putaran mesin ... 61

Gambar 4.5 Grafik efisiensi terhadap putaran mesin ... 64

Gambar 4.6 Grafik CO terhadap putaran mesin ... 68

(15)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Posisi valve terhadap putaran ... 41 Tabel 4.1a Nilai dan prosentase torsi rata-rata pada

putaran ≤ 6000 rpm ... 55

Tabel 4.1b Nilai dan prosentase torsi rata-rata pada

putaran ≥ 6000 rpm ... 55

Tabel 4.2a Nilai dan prosentase daya rata-rata pada

Tabel 4.2b Nilai dan prosentase daya rata-rata pada

Tabel 4.3a Nilai dan prosentase bmep rata-rata pada

Tabel 4.3b Nilai dan prosentase bmep rata-rata pada

Tabel 4.4a Nilai dan prosentase sfc rata-rata pada

Tabel 4.4b Nilai dan prosentase sfc rata-rata pada

Tabel 4.5a Nilai dan prosentase efisiensi rata-rata pada

Tabel 4.5b Nilai dan prosentase efisiensi rata-rata pada

Tabel 4.6 Nilai dan prosentase CO rata-rata pada

putaran 4000 - 8000 rpm ... 70

Tabel 4.7 Nilai dan prosentase HC rata-rata pada

putaran 4000 - 8000 rpm ... 70