PENGARUH VARIASI PENAMBAHAN ALKOHOL 96% PADA BENSIN TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR OTTO

(1)

Jurnal e-Dinamis, Volume.10, No.2 September 2014 ISSN 2338-1035

126

PENGARUH VARIASI PENAMBAHAN ALKOHOL 96% PADA

BENSIN TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR OTTO

Monang Butar Butar1, Mulfi Hazwi2

1,2

Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Jl. Almamater Kampus USU, Medan 20155

Email : monangb@yahoo.com

ABSTRAK

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan alkohol 96% ke premium terhadap unjuk kerja motor otto. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen. Pemilihan metode ini disesuaikan dengan tujuan penelitian yaitu untuk membandingkan unjuk kerja mesin yang meliputi Torsi, Daya, Konsumsi Bahan Bakar Spesifik, Rasio Udara Bahan Bakar, Efisiensi Volumetris, dan Efisiensi Thermal Brake pada mesin bensin Empat Langkah Empat Silinder dengan menggunakan bahan bakar premium tanpa alkohol 96% dengan bahan bakar premium dicampur alkohol 96% dengan variasi penambahan 5%, 7%, dan 9%. Penelitian ini dilakukan di laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. Berdasarkan penelitian ini diperoleh hasil yaitu daya yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium murni masih lebih tinggi dibandingkan dengan daya yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium campuran alkohol 96%. Semakin meningkat kadar alkohol dalam premium, maka daya akan semakin menurun, konsumsi bahan bakar meningkat, efisiensi volumetris menurun, dan efisiensi thermal brake semakin meningkat. Kata Kunci : Mesin Otto, Unjuk Kerja, Premium, Alkohol 96%

ABSTRACT

This study was conducted to determine the effect of adding alcohol to a 96% premium to the otto engine performance. The method used in this study is the experimental method. The selection of this method adapted to the purpose of the study is to compare the performance of the machine which include Torque, Power, Specific Fuel Consumption, Air Fuel Ratio, volumetric efficiency, and Brake Thermal Efficiency in Step Four petrol engine with four cylinders using premium fuel without alcohol 96% premium fuel blended with alcohol 96% with the addition of variation 5%, 7%, and 9%. The research was conducted in the laboratory of the Department of Motor Fuels USU Faculty of Engineering. Based on the results of this study showed that the power generated by the pure premium fueled engines are still higher than the power generated by the engine premium fuel mixture of 96% alcohol. Increasing levels of alcohol in the premium, then the power will be decreased, increased fuel consumption, decreased volumetric efficiency and brake thermal efficiency increases.

Keyword: Otto Engine, Performance, Premium, Alcohol 96%

1. PENDAHULUAN

Dewasa ini peranan industri otomotif sangat besar dalam pembangunan di tanah air, khususnya pada bidang transportasi yang ditunjukkan oleh adanya peningkatan permintaan produksi mobil dan sepeda motor. Industri otomotif tidak henti-hentinya melakukan penyempurnaan baik terhadap kenyamanan maupun

keselamatan pengguna, nilai ekonomis maupun dampak lingkungan yang ditimbulkannya.

Proses pembakaran Bahan Bakar Minyak (BBM) dalam silinder berlangsung sangat singkat, sehingga memungkinkan adanya sebagian BBM yang tidak sempat terbakar dan terbuang lewat gas buang dalam bentuk

(2)

polusi yang mengotori udara. Polusi dalam bentuk senyawa CO (karbonmonoksida) sangat berbahaya bagi kesehatan. CO terbentuk akibat dari reaksi yang tidak semp

proses pembakaran.

Unsur dominan dalam BBM adalah C (karbon) dan H (hidrogen), dimana saat pembakaran, bereaksi dengan O2 (oksigen). Pada reaksi yang

sempurna, unsur C bereaksi dengan O menjadi CO2 dan unsur H menjadi H

Unsur C dan H dalam BBM cenderung memuat ikatan yang kuat dan bergerombol, sehingga menyulitkan O untuk masuk dalam ikatan senyawanya. Proses pembakaran yang sempurna akan meningkatkan tenaga mesin, menghemat BBM, dan mengurangi polusi gas buang. Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui bagaimana pengaruh penambahan alkohol 96% terhadap kinerja mesin bensin empat langkah empat silinder

Dengan latar belakang inilah maka penulis tertarik melakukan penelitian sebagai tugas sarjana dengan judul: PENGARUH VARIASI PENAMBAHAN ALKOHOL 96% PADA BENSIN TERHADAP UNJUK KERJ MOTOR OTTO.

2. TINJAUAN PUSTAKA Motor Bakar Torak

Motor bakar torak merupakan salah satu jenis penggerak mula yang mengubah energy thermal menjadi energy mekanik. Energy thermal tersebut diperoleh dari proses pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dari udara. Bila tenaga panas pembakaran penghasil kerja berasal dari luar mesin itu sendiri seperti mesin uap, turbin uap disebut motor bakar pembakaran luar

Combustion Engine). Bila tena

pembakaran penghasil kerja berasal dari dalam mesin disebut mesin pembakaran dalam (Internal Combustion Engine).

Ditinjau dari proses penyalaan bahan bakar, motor bakar dibedakan menjadi:

a. Motor Bakar Bensin

polusi yang mengotori udara. Polusi dalam bentuk senyawa CO (karbonmonoksida) sangat berbahaya bagi kesehatan. CO terbentuk akibat dari reaksi yang tidak sempurna pada Unsur dominan dalam BBM adalah C (karbon) dan H (hidrogen), dimana saat pembakaran, bereaksi (oksigen). Pada reaksi yang sempurna, unsur C bereaksi dengan O2

dan unsur H menjadi H2O.

M cenderung memuat ikatan yang kuat dan bergerombol, sehingga menyulitkan O2

untuk masuk dalam ikatan senyawanya. Proses pembakaran yang sempurna akan meningkatkan tenaga mesin, dan mengurangi Penelitian yang ujuan untuk mengetahui bagaimana pengaruh penambahan alkohol 96% terhadap kinerja mesin bensin empat langkah empat silinder [1].

Dengan latar belakang inilah maka penulis tertarik melakukan penelitian sebagai tugas sarjana dengan

PENGARUH VARIASI

NAMBAHAN ALKOHOL 96% PADA BENSIN TERHADAP UNJUK KERJA

Motor bakar torak merupakan salah satu jenis penggerak mula yang mengubah energy thermal menjadi energy mekanik. Energy thermal dari proses pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dari udara. Bila tenaga panas pembakaran penghasil kerja berasal dari luar mesin itu sendiri seperti mesin uap, turbin uap disebut motor bakar pembakaran luar (External

Bila tenaga panas pembakaran penghasil kerja berasal dari dalam mesin disebut mesin pembakaran

(Internal Combustion Engine).

Ditinjau dari proses penyalaan bahan bakar, motor bakar dibedakan

Pada motor bensin penyalaan bahan bakar disebabkan karena adanya loncatan bunga api listrik dari dua elektroda busi. Campuran antara bensin dan udara dibakar dalam silinder.

b. Motor Bakar Diesel

Pada motor diesel system penyalaan bahan bakar terjadi karena adanya proses kompresi atau penyalaan sendiri, yaitu dengan mengkompresikan udara dalam silinder hingga mencapai suhu nyala bahan bakar, kemudian bahan bakar disemprotkan dalam silinder yang berisi udara bertekanan dan temperature tinggi, sehingga bahan bakar akan terbakar sendiri [2].

Berdasarkan langkah toraknya, motor bakar torak dibedakan menjadi:

a. Motor Bakar Dua Langkah

Yaitu motor bakar dimana untuk memperoleh satu kali langkah kerja diperlukan dua langkah torak atau satu kali putaran poros engkol b. Motor Bakar Empat

LangkahYaitu motor bakar dimana untuk memperoleh satu kali langkah kerja diperlukan empat langkah torak atau dua kali putaran poros engkol.

Siklus Otto

Siklus ini dapat digambarkan dengan diagram P vs V seperti terlihat pada gambar di bawah ini [3]:

Gambar 2.1 Siklus Otto Proses yang terjadi adalah : 1-2 : Kompresi adiabatic 2-3 : Pembakaran isokhorik

3-4 : Ekspansi / langkah kerja adiabatic 4-1 : Langkah buang isokhorik

Proses perubahan bentuk energi dan perpindahan energi pada mesin 127 Pada motor bensin penyalaan disebabkan karena adanya loncatan bunga api listrik dari dua elektroda busi. Campuran antara bensin dan udara dibakar

Pada motor diesel system penyalaan bahan bakar terjadi karena adanya proses kompresi diri, yaitu dengan mengkompresikan udara dalam silinder hingga mencapai suhu nyala bahan bakar, kemudian bahan bakar disemprotkan dalam silinder yang berisi udara bertekanan dan temperature tinggi, sehingga bahan bakar akan an langkah toraknya, motor bakar torak dibedakan

Motor Bakar Dua Langkah Yaitu motor bakar dimana

memperoleh satu kali diperlukan torak atau satu poros engkol Motor Bakar Empat

tor bakar memperoleh kerja empat langkah dua kali engkol.

Siklus ini dapat digambarkan dengan diagram P vs V seperti terlihat

ambar 2.1 Siklus Otto

: Ekspansi / langkah kerja adiabatic Proses perubahan bentuk energi dan perpindahan energi pada mesin

(3)

128 pembakaran dalam empat langkah di

atas bisa dijelaskan seperti ini : Ketika terjadi proses pembakaran, energi potensial kimia dalam bensin + energi dalam udara berubah menjadi kalor alias panas. Sebagian kalor berubah menjadi energi mekanik batang piston dan poros engkol, sebagian kalor dibuang melalui pipa pembuangan (knalpot). Sebagian besar energi mekanik batang piston dan poros engkol berubah menjadi energi mekanik kendaraan (kendaraan bergerak), sebagian kecil berubah menjadi kalor alias panas sedangkan panas timbul akibat adanya gesekan.

Tinjauan Unjuk Kerja Motor Bensin.

Torsi dan Daya

Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan torquemeter yang dikopel dengan poros outpun mesin. Torsi dan Daya dapat dirumuskan [4]_:

) 1 . 2 ....( ... ... ... 60 . . 2 T n B P = π

dimana: PB = Daya Keluaran (Watt)

n = Putaran mesin (rpm) T = Torsi (N.m)

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Spesifik Fuel Consumption, Sfc)

Konsumsi bahan bakar spesifik adalah parameter unjuk kerja mesin yang berhubungan langsung dengan nilai ekonomis sebuah mesin, dapat dirumuskan[4]: ) 2 . 2 ..( ... ... ... 3 10 B P x f m Sfc= dimana:

Sfc = Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (g/kW.h).

mf = Laju Aliran Bahan Bakar (kg/jam)

Besarnya laju aliran massa bahan bakar (mf) dihitung dengan

persamaan berikut [4] : ) 3 . 2 ...( ... 3600 3 10 . . x f t f V f sg f m − = dimana: sgf = specific gravity.

Vf = volume bahan bakar yang diuji.

tf = waktu untuk menghabiskan bahan

bakar sebanyak volume uji (detik).

Perbandingan Udara Bahan Bakar (AFR)

Perbandingan udara bahan bakar ini disebut dengan Air Fuel Ratio (AFR), yang dirumuskan sebagai berikut

[4]_: ) 4 . 2 ( ... ... ... f m a m AFR= Dimana:

AFR = air fuel ratio

ma = laju aliran massa udara (kg/jam)

Besarnya laju aliran massa udara (ma) juga diketahui dengan

membandingkan hasil pembacaan manometer terhadap kurva viscous flow meter calibration. Kurva kalibrasi ini dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara 1013 mbar dan temperatur 20 °C. Oleh karena itu, besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi (Cf) berikut [4] : ) 5 . 2 ...( ... 5 , 2 ) 114 ( 3564 a T a T x a P x f C = +

dimana: Pa = tekanan udara (Pa)

Ta = temperatur udara (K) Effisiensi Volumetris

Efisiensi Volumetrik (ηv)

dirumuskan dengan persamaan berikut

[4] : ) 6 . 2 ( torak langkah volume sebanyak udara Berat terisap yang segar udara Berat v = η ) 7 . 2 ....( 2 . 60 n a m terisap yang segar udara Berat = ) 8 . 2 ..( .V_S a torak langkah sebanyak udara Berat =ρ Dengan mensubstitusikan

persamaan di atas, maka besarnya effisiensi volumetris [4]: ) 9 . 2 ....( ... ... . 1 . . 60 . 2 S V a n a m v ρ η =

dimana: ρa = kerapatan udara (kg/m 3

) Vs=volume langkah torak (m

3

(4)

129 Diasumsikan udara sebagai gas

ideal sehingga massa jenis udara dapat diperoleh dari persamaan berikut [4]_:

) 10 . 2 ...( ... ... ... .T_a R a P a = ρ dimana:

R = konstanta gas (untuk udara = 29,3 kg.m/kg.K)

Effisiensi Thermal Brake

Efisiensi Thermal Brake (Brake

Thermal Efficiency, ηb) dapat

dirumuskan [4] : ) 11 . 2 ...( masuk yang panas Laju Aktual Keluaran Daya b = η

Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut [4]:

) 12 . 2 ...( ... ... .LHV f m Q= dimana:

LHV = nilai kalor bawah bahan bakar (kJ/kg).

Jika daya keluaran (PB) dalam

satuan kW, laju aliran bahan bakar mf

dalam satuan kg/jam, maka [4]:

) 13 . 2 ( ... ... 3600 . .LHV f m B P b = η 3. METODOLOGI PENELITIAN Metode Penelitian

Metode penelitian merupakan cara ilmiah yang dilakukan untuk mengumpulkan data dengan tujuan tertentu, diantaranya untuk menguji kebenaran suatu penelitian. Dalam penelitian ini, penulis menggunakan metode eksperimen. Pemilihan metode ini disesuaikan dengan tujuan yang ingin dicapai, yaitu membandingkan unjuk kerja mesin yang meliputi Torsi dan Daya, Konsumsi Bahan Bakar Spesifik, Rasio Udara Bahan Bakar, Efisiensi volumetris, dan Efisiensi Thermal Brake pada Mesin Bensin Empat Langkah dengan menggunakan bahan bakar bensin murni tanpa alcohol dengan bahan bakar bensin murni dicampur alkohol 96 % dengan presentase 5%, 7% dan 9% [5].

Variabel Penelitian

Variabel yang diukur pada penelitian ini adalah [6] :

a. Variabel Bebas

Variabel bebas adalah variabel yang berfungsi mempengaruhi variabel lain, jadi secara bebas berpengaruh terhadap nilai variabel lain. Dalam penelitian ini berupa penambahan alkohol 96% pada bensin murni sebanyak 5%, 7%, 9%.

b. Variabel Terikat

Variabel terikat adalah kondisi atau karakteristik yang berubah atau muncul ketika peneliti mengganti variabel bebas. Menurut fungsinya variabel ini dipengaruhi nilainya oleh variabel lain.

Dalam penelitian ini variabel terikatnya adalah:

Torsi (T) dan Daya (PB)

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Sfc) Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) Efisiensi Volumetris (ηv)

Efisiensi Thermal Brake (ηb)

c. Variabel Kendali

Variabel Kendali adalah variabel yang dikendalikan atau dibuat konstan sehingga pengaruh variabel bebas terhadap variabel terikat tidak dipengaruhi oleh faktor luar yang tidak diteliti. Dalam penelitian ini variabel kendali berupa putaran yang akan direduksi, yaitu 1500 rpm kemudian dideduksi sampai putaran 3500 rpm dengan interval kenaikan putaran 500 rpm.

4. ANALISA DAN HASIL PENGUJIAN Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar

Besarnya nilai kalor yang dihasilkan dari masing-masing pengujian baik dengan menggunakan bahan bakar “Premium”, “PA-5”, “PA-7” dan “PA-9” dapat dihitung dengan persamaan berikut [7] :

HHV = (T2 – T1 – Tkp) x Cv (kJ/kg) Dimana:

(5)

130 HHV = Nilai Kalor Atas (High Heating

Value)

T1= Temperatur air pendingin sebelum dinyalakan (°C)

T2 = Temperatur air pendingin sesudah penyalaan (°C) Tkp = Kenaikan temperature akibat

kawat penyala (0.05 °C) Cv = Panas jenis bom kalorimeter

(73529.6 kJ/kg °C)

Pada pengujian pertama bahan bakar Premium, diperoleh: T1 = 26.25 °C T2 = 26.93 °C Maka, HHV (Premium) = (26.93 – 26.25 – 0.05) x 73529.6 = 46323.648 kJ/kg

Pada pengujian pertama bahan bakar PA-5, diperoleh: T1 = 25.22 °C T2 = 25.84 °C Maka, HHV (PA-5) = (25.84 – 25.22 – 0.05) x 73529.6 = 41911.872 kJ/kg

Cara perhitungan yang sama dilakukan untuk menghitung nilai kalor pada pengujian kedua hingga kelima. Selanjutnya untuk memperoleh harga nilai kalor rata-rata bahan bakar digunakan persamaan berikut ini:

) / ( 5 5 1 _kJ _kg i HHVi rata rata HHV ∑ = = −

Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan serta

hasil perhitungan untuk nilai kalor pada pengujian pertama hingga kelima dan nilai kalor rata-rata dengan menggunakan bahan bakar “Premium”, “PA-5”, “PA-7”, dan “PA-9” dapat dilihat pada tabel 4.1 berikut:

Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian dan Perhitungan Bom Kalorimeter

Ba han Ba kar No . Pe ng uji an T1 (°C) T2 (°C) HHV (Kj/kg) HHV rata – rata (kJ/kg) Pre mi Um 1 26.25 26.93 46323.648 47206.003 2 27.12 27.82 47794.24 3 28.95 29.64 47058.944 4 24.62 25.33 48529.536 5 25.45 26.13 46323.648 PA-5 1 25.22 25.84 41911.872 42205.990 2 26.03 26.67 43382.464 3 26.79 27.39 40441.28 4 27.48 28.10 41911.872 5 28.24 28.88 43382.464 PA-7 1 25.42 26.01 39705.984 38970.688 2 26.23 26.82 39705.984 3 26.98 27.55 38235.392 4 27.73 28.31 38970.688 5 28.49 29.06 38235.392 PA-9 1 25.52 25.94 27205.952 28676.544 2 26.11 26.53 27205.952 3 26.66 27.12 30147.136 4 27.29 27.75 30147.136 5 27.96 28.40 28676.544

Pengujian Unjuk Kerja Motor Bakar Bensin

Torsi

Besarnya torsi yang dihasilkan berdasarkan hasil pembacaan unit instrumentasi dapat dilihat pada tabel sebagai barikut:

Tabel 4.2 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi untuk bahan bakar premium.

Bahan Bakar Premium Hasil Pembacaan Unit Instrumentasi Putaran (rpm) 1500 2000 2500 3000 3500 Torsi (N.m) 33.9 28.3 28.7 26.7 26.4 Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar (s) 69 60 51 47 43 Aliran udara (mm H2O) 19.7 25.9 31 34.8 40

Tabel 4.3 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi untuk bahan bakar PA-5.

Bahan Bakar PA-5 Hasil Pembacaan Unit Instrumentasi Putaran (rpm) 1500 2000 2500 3000 3500 Torsi (N.m) 31.9 27.1 25.8 24.1 23.3 Waktu 68.5 58.5 49 44 39

(6)

131 menghabiskan 50 ml bahan bakar (s) Aliran udara (mm H2O) 18.4 24.1 29.2 34.6 39.9

Tabel 4.4 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi untuk bahan bakar PA-7.

Bahan Bakar PA-7 Hasil Pembacaan Unit Instrumentasi Putaran (rpm) 1500 2000 2500 3000 3500 Torsi (N.m) 30 26.2 23.4 21.6 20.2 Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar (s) 67 58 48 42.5 36.5 Aliran udara (mm H2O) 18.1 23.9 29.1 34.3 39.7

Tabel 4.5 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi untuk bahan bakar PA-9

Bahan Bakar PA-9 Hasil Pembacaan Unit Instrumentasi Putaran (rpm) 1500 2000 2500 3000 3500 Torsi (N.m) 28.6 24.4 22.1 18.5 17 Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar (s) 66.5 56 46 42 35 Aliran udara (mm H2O) 17.9 23.5 28.8 34.1 38.9

Perbandingan besar torsi dapat dilihat pada grafik dibawah ini:

Gambar 4.2 Grafik Torsi vs Putaran

Daya

Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar PA-5 pada beban 10 kg dan putaran 1500 rpm. Maka besar daya yang diperoleh:

9 . 31 60 1500 . . 2 x P_B =

π

= 5.015 kW

Dengan cara yang sama, hasil perhitungan daya untuk kondisi lain dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Daya Putaran

(rpm)

Daya (kW)

Premium PA-5 PA-7 PA-9 1500 5,321 5,015 4,712 4,490 2000 5,930 5,683 5,479 5,117 2500 7,511 6,752 6,131 5,782 3000 8,397 7,569 6,796 5,804 3500 9,665 8,545 7,405 6,241

Perbandingan besarnya daya dapat dilihat pada grafik berikut ini:

Gambar 4.3 Grafik Daya vs Putaran

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik

Untuk bahan bakar PA-5 dengan persentase alkohol 5% dan premium 95%, maka:

sgf (PA-5) = (0.05 x 0.79) + (0.95 x 0.72)

= 0.7235

Dengan memasukkan harga sgf

= 0.7235; harga tf yang diambil dari pengujian (tabel 4.3) dan harga Vf yaitu sebesar 50 ml, maka laju aliran bahan bakar untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar PA-5, pada beban 10 kg dan putaran 1500 rpm adalah: 3600 5 . 68 3 10 50 7235 . 0 x x x f m − = = 1.901 kg/jam

Dengan diperolehnya besar laju aliran bahan bakar, maka besar konsumsi bahan bakar spesifiknya adalah: y = 2E-06x2_{- 0,015x + 50,57} R² = 0,888 y = 2E-06x2_{- 0,014x + 49,02} R² = 0,976 y = 2E-06x2_{- 0,013x + 45,90} R² = 0,999_{y = 1E-06x}2_{- 0,011x + 43,40} R² = 0,992 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 1000 2000 3000 4000 T o rs i Putaran

Premium PA-5 PA-7 PA-9

y = 2E-07x2_{+ 0,001x + 2,810} R² = 0,988 y = 1E-07x2_{+ 0,001x + 2,837} R² = 0,997 y = -9E-08x2_{+ 0,001x + 2,255} R² = 0,999 y = -3E-07x2_{+ 0,002x + 1,711} R² = 0,969 0 2 4 6 8 10 12 0 1000 2000 3000 4000 D a y a Putaran

(7)

Jurnal e-Dinamis, Volume.10, No.2 September 2014 ISSN 2338-1035 132 Pe x f m Sfc 3 10 = 015 . 5 3 10 901 . 1 x = = 281.462 gr/kWh

Dengan cara yang sama, hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Sfc)

Putaran (rpm)

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Sfc) Premium PA-5 PA-7 PA-9 1500 278.717 281.462 287.592 289.609 2000 277.242 281.202 283.356 290.986 2500 275.746 281.164 283.686 289.497 3000 274.246 278.677 278.432 284.928 3500 273.114 276.064 278.609 282.291

Perbandingan harga Sfc dapat dilihat pada gambar 4.4 berikut:

Gambar 4.4 Grafik Sfc vs Putaran

Rasio Udara Bahan Bakar (AFR)

Pada pengujian ini, dianggap tekanan udara (Pa) sebesar 100 kPa (1 bar) dan temperature (Ta) sebesar 27°C. Kurva kalibrasi dibawah dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara 1013 mb dan temperature 20°C, maka besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi persamaan (2.5) berikut: 5 , 2 ) 114 ( 3564 a T a T x a P x f C = + 5 , 2 ) 273 27 ( ) 114 ) 273 27 [( 1 3564 + + + = x x = 0.946531123

Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar premium dicampur alkohol 5% atau PA-5 yang menggunakan beban 10 kg dan putaran 1500 rpm, tekanan udara masuknya adalah 18.4 mm H2O (Tabel 4.3). Dari

kurva kalibrasi diperoleh laju aliran massa udara untuk tekanan udara masuk = 10 mm H2O adalah sebesar

11.38 kg/jam, sehingga untuk tekanan udara masuk = 18.4 mm H2O diperoleh

laju aliran massa udara sebesar 20.94 kg/jam, setelah dikalikan faktor koreksi (Cf), maka laju aliran massa udara yang

sebenarnya:

ma = 20.94 x 0.946531123

= 19.82 kg/jam.

Dengan cara perhitungan yang sama, maka diperoleh besar laju aliran massa udara (ma) untuk masing-masing

pengujian pada tiap variasi putaran. Dengan diperolehnya harga laju aliran massa bahan bakar, maka dapat dihitung besarnya rasio udara bahan bakar (AFR).

Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar PA-5, pada beban 10 kg dan putaran 1500 rpm yaitu: 901 . 1 82 . 19 = AFR = 10.43

Dengan cara yang sama, perhitungan perbandingan udara bahan bakar (AFR) dapat dilihat pada tabel di bawah ini:

Tabel 4.9 Hasil Perhitungan Perbandingan Udara-Bahan Bakar (AFR)

Perbandingan Udara-Bahan Bakar (AFR)

Premium PA-5 PA-7 PA-9 1500 11.30 10.43 10.01 9.81 2000 12.92 11.66 11.45 10.85 2500 13.14 11.83 11.53 10.92 3000 13.60 12.60 12.03 11.80 3500 14.30 12.87 11.97 11.22

Perbandingan besarnya AFR dapat dilihat pada gambar grafik berikut ini:

y = 2E-07x2_{- 0,003x + 284,0} R² = 0,999 y = -2E-06x2_{+ 0,007x + 274,6} R² = 0,983 y = 9E-07x2_{- 0,009x + 299,1} R² = 0,891 y = -3E-06x2_{+ 0,011x + 279,5} R² = 0,950 270 275 280 285 290 295 0 1000 2000 3000 4000 S fc Putaran

Premium PA-5 PA-7

PA-9 Poly. (Premium) Poly. (PA-5)

(8)

133 Gambar 4.6 Grafik AFR vs Putaran

Efisiensi Volumetris

Dengan memasukkan harga tekanan dan temperatur udara yaitu sebesar 1 atm (10332.27 kg/m2) dan 27°C, maka diperoleh massa jenis udara sebesar: ) 273 27 ( 3 . 29 27 . 10332 + = a ρ = 1.2 kg/m3

Dengan diperolehnya massa jenis udara maka dapat dihitung besarnya efisiensi volumetris (ηv) untuk masing-masing pengujian pada variasi putaran.

Untuk pengujian dengan menggunakan Premium dicampur 5% alkohol 96% (PA-5), pada beban 10 kg dan putaran 1500 rpm: % 100 . 1 . . 60 . 2 x l V a n a m v ρ η = % 100 3 10 5 , 0 . 2 , 1 1 . 1500 . 60 82 , 19 . 2 x x v = ₋ η = 77.53 %

Dengan cara yang sama, Harga efisiensi volumetris dapat dilihat pada tabel di bawah ini:

Tabel 4.10 Hasil Perhitungan Efisiensi Volumetris.

Efisiensi Volumetris (%) Premium PA-5 PA-7 PA-9 1500 78.72 77.53 76.33 75.53 2000 77.53 76.33 75.43 74.23 2500 74.18 73.94 73.70 72.74 3000 73.34 72.94 72.34 71.94 3500 72.23 72.06 71.71 70.35

Perbandingan besarnya efisiensi volumetris dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Gambar 4.7 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran

Efisiensi Thermal Brake

Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar Premium dicampur 5% alkohol 96% (PA-5) beban 10 kg dan putaran 1500 rpm:

LHV = 42205.99 – 3240 = 38965.99 kJ/kg

Dengan diperolehnya nilai kalor bawah pembakaran bahan bakar maka dapat dihitung besarnya efisiensi thermal brake (ηb) untuk masing-masing pengujian pada variasi putaran.

Untuk pengujian dengan menggunakan PA-5 beban 10 kg, dan putaran 1500 rpm: 3600 . .LHV f m e P b = η 3600 . 99 . 38965 901 . 1 015 . 5 x b = η = 0.24372 = 24.37 %

Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran bervariasi dan beban 10 kg, maka hasil perhitungan efisiensi thermal brake untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel berikut: y = -5E-07x2_{+ 0,003x + 7,083} R² = 0,937 y = -4E-07x2_{+ 0,003x + 6,799} R² = 0,961 y = -7E-07x2_{+ 0,004x + 4,909} R² = 0,935 y = -7E-07x2_{+ 0,004x + 5,042} R² = 0,877 0 5 10 15 20 0 1000 2000 3000 4000 A F R Putaran

Premium PA-5 PA-7 PA-9

y = 8E-07x2_{- 0,007x + 88,17} R² = 0,963 y = 6E-07x2_{- 0,005x + 85,06} R² = 0,981 y = 3E-07x2_{- 0,003x + 81,56} R² = 0,983 y = 3E-07x2_{- 0,003x + 80,40} R² = 0,950 68 70 72 74 76 78 80 0 1000 2000 3000 4000 E fi si e n si V o lu m e tr is Putaran

(9)

134 Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Efisiensi

Thermal Brake. Putaran

(rpm)

Efisiensi Thermal Brake (%) Premium PA-5 PA-7 PA-9 1500 23.20 24.37 24.38 32.34 2000 22.50 23.59 24.55 31.02 2500 24.20 23.47 22.73 28.79 3000 24.94 23.63 22.30 26.40 3500 26.27 23.64 23.65 23.65

Perbandingan harga efisiensi thermal brake untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi putaran dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Gambar 4.8 Grafik Efisiensi Thermal Brake vs Putaran

5. KESIMPULAN

Semakin tinggi kadar alkohol dalam campuran bahan bakar akan menurunkan nilai kalor bahan bakar, karena nilai kalor atas bahan bakar Premium campuran Alkohol 96% lebih rendah daripada nilai kalor atas bahan bakar premium.

Nilai kalor bahan bakar sangat mempengaruhi energi hasil pembakaran bahan bakar. Semakin tinggi nilai kalor bahan bakar maka energi hasil pembakaran bahan bakar akan semakin meningkat dan sebaliknya semakin rendah nilai kalor bahan bakar maka energi hasil pembakaran bahan bakar akan semakin menurun. Sehingga energi yang dihasilkan oleh bahan bakar premium murni pada suatu proses pembakaran akan lebih tinggi dibandingkan dengan bahan bakar premium campuran alkohol 96%.

DAFTAR PUSTAKA

[1] http://fenomenalindo.com/

deskripsi.html diakses 23 Januari 2013

[2] Soenarta, Nakoela. 2002. Motor Serba Guna, Jakarta: Pradnya Paramita

[3] Arismunandar, W. 1994. Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Bandung: ITB

[4] Manual Book of TD 110-115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. [5] http://badrulwajdi.blogspot. com/2011/12/v-behaviorurldefaultvmlo.html diakses 30 Januari 2013 [6] http://navelmangelep. wordpress.com/2011/12/30/variabe l-variabel-dalam penelitian/ diakses 30 Januari 2013 [7] http://repository.usu.ac.id/ bitstream/123456789/15934/1/sti-jan2006-%20(8).pdf diakses 30 Januari 2013 y = 9E-07x2_{- 0,002x + 25,02} R² = 0,922 y = 5E-07x2_{- 0,002x + 27,50} R² = 0,872 y = 1E-06x2_{- 0,006x + 31,53} R² = 0,605 y = -9E-07x2_{- 9E-05x + 34,47} R² = 0,999 0 5 10 15 20 25 30 35 0 1000 2000 3000 4000 E fi si e n si T h e rm a l B ra k e Putaran