Pengaruh Pemanasan Bahan Bakar Premium Terhadap Prestasi Mesin Sepeda Motor
Marfizal, ST, MT STITEKNAS Jambi Email : marfizal65@gmail.com
Kata Kunci : Prestasi mesin dan Temperatur bahan bakar premium
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini yaitu untuk mendapatkan suatu jawaban dari rumusan masalah yang diajukan. Seberapa besar daya yang dihasilkan, konsumsi bahan bakar, efisiensi termal, efisiensi mekanis, dan efisiensi volumetrik yang dihasilkan setelah saluran bahan bakar dimodifikasi dengan menggunakan tube tembaga berukuran 1/16 inchi.
Penelitian ini dilakukan berdasarkan konsep, prinsip, dan prosedur yang telah ditentukan. Penelitian ini dilakukan dengan dua kali penelitian, pengujian pertama dilakukan dengan pengujian mesin yang masih standar atau saluran bahan bakarnya masih standar. Pengujian kedua dilakukan dengan mesin yang sudah dimodifikasi saluran bahan bakarnya dengan tube tembaga. Data pertama dan data kedua dianalisa dengan menggunakan rumus-rumus yang sudah ada agar dapat ditarik kesimpulan seberapa besar perbedaan antara mesin yang standar dan mesin yang sudah dimodifikasi.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa mesin yang menggunakan tube tembaga lebih irit daripada mesin standar, dan sangat mempengaruAhi terhadap prestasi mesin sepeda motor tersebut.
Berdaskan temuan penelitian ini, maka dapat dikemukakan saran: 1) Pemanasan bahan bakar premium sangat mempengaruhi terhadap daya mesin sepeda motor. 2) Memodifikasi saluran bahan bakar perlu melakukan beberapa kali percobaan untuk mengetahui jumlah lilitan yang sesuai dengan spesifikasi motor tersebut.
A. PENDAHULUAN
Perkembangan dunia otomotif yang semakin pesat ditandai dengan meningkatnya jumlah kendaraan bermotor, kendaraan tersebut menjadi sarana utama dalam bidang transportasi. Saat ini masyarakat kalangan ekonomi menengah kebawah lebih memilih sepeda motor sebagai alat transportasi, selain praktis juga terjangkau oleh ekonomi masyarakat. Hal ini ditandai dengan meningkatnya jumlah sepeda motor yang beredar dimasyarakat. Meningkatnya jumlah sepeda motor mengakibatkan banyaknya akan kebutuhan bahan bakar.
Dalam hal ini Penulis mencoba untuk mengganti saluran masuk bahan bakar dengan tube tembaga berukuran 1/16 inchi dengan cara melilitkan terlebih dahulu ke saluran pembuangan sepeda motor sebelum masuk ke karburator. Upaya tersebut bertujuan untuk menyempurnakan kemampuan sepeda motor dan pemakaian bahan bakar yang lebih hemat.
Peralatan yang utama digunakan adalah satu unit sepeda motor, tube (pipa) tembaga dan dilengkapi dengan peralatan atau instrument-instrumen lainnya.
Keterangan gambar : 1. Tekanan atmosfir 2. Karburator
3. Tekanan intake manipol 4. Selang vacuum
5. Gelas ukur
6. Temperatur bahan bakar sebelum dipanaskan 7. Temperatur bahan bakar setelah dipanaskan 8. Temperatur mesin
9. Vacum 10. Bahan bakar
11. Tekanan ruang bakar 12. Tube
13. Temperatur ruang bakar
1. Alat uji
Adapun alat-alat yang digunakan pada pengujian ini adalah sebagai berikut:
1. Termometer digital
Termometer digital merupakan sebuah alat ukur suhu yang dirancang khusus dalam bentuk digital, dimana alat ini mampu memberikan tingkat akurasi yang tinggi dalam menyatakan besaran suhu pada suatu benda, ruang, maupun zat. Pada umumnya termometer digital ini bekerja dengan mengandalkan termokopel sebagai sensornya. Dengan sensor tersebut memungkinkan mampu membaca perubahan nilai tahanan dengan sangat baik. Termokopel yang biasa digunakan tidak lain berupa 2 buah kabel dari jenis logam berbeda. Secara garis besarnya,
alat pengukur suhu digital memiliki prinsip kerja yang sederhana, yakni memanfaatkan bentuk karakteristik antara temperatur dengan voltase.
Gambar 3.2. Termometer digital
2. Tachometer
Berfungsi untuk mengukur putaran mesin dalam satu satuan waktu. Tachometer sangat ideal untuk menentukan rotasi komponen, cara pengambilan datanya sangat mudah,
hanya dengan menempelkan sepotong pita yang
ditempel pada benda yang berputar, namun pita tersebut tidak selalu diperlukan. Jika kondisi tidak memungkinkan untuk itu, tachometer memiliki tombol untuk memilih mode pengukuran. Tachometer juga dapat merekam nilai-nilai maksimum dan minimum.
Gambar 3.3. Tachometer digital
3. Kompresi tester
Berfungsi untuk mengukur tekanan kompresi pada silinder mesin, yang ditentukan oleh kondisi piston, ring piston, dan katup.
Cara menggunakan alat ini adalah sebagai berikut: a. Lepaskan busi mesin tersebut.
b. Pasang kompresi tester pada lubang busi.
c. Pada posisi pedal gas diinjak penuh, Start mesin lebih kurang 3 detik hingga mencapai tekanan maksimum, itulah harga kompresi tersebut.
Gambar 3.4 Kompresi tester
4. Stopwach
Gambar 3.5 Stopwatch
5. Gelas ukur
Gelas ukur berfungsi sebagai alat ukur volume cairan yang tidak memerlukan ketelitian yang tinggi. Gelas ukur ini kadang-kadang digunakan secara tidak langsung untuk mengukur volume dengan mengukur perpindahan atau kenaikan cairan.
Gambar 3.6 Gelas ukur
6. Timbangan
Timbangan adalah alat yang dipakai untuk mengukur massa suatu benda. Ada timbangan mekanik dan ada juga timbangan elektronik /Digital.
Salah satu contoh timbangan adalah neraca pegas (dinamometer). Neraca pegas adalah timbangan sederhana yang menggunakan pegas sebagai alat untuk menentukan massa benda yang diukurnya.
Gambar 3.7 Timbangan
2. Prosedur Pengujian
Untuk mendapatkan hasil yang maksimal dalam pengujian, maka dapat dilakukan langkah-langkah sebagai berikut :
A. Persiapan sebelum pengujian
1. Lakukan pemeriksaan terhadap semua peralatan terlebih dahulu sebelum digunakan
2. Lakukan pemeriksaan terhadap jumlah bahan bakar premium 3. Lakukan pemeriksaan terhadap jumlah oli mesin melalui stick oil
B. Prosedur menghidupkan dan mematikan mesin
1. Ganti saluran masuk bahan bakar dengan tube yang sesuai dengan kondisi mesin, dengan cara melilitkan terlebih dahulu ke pangkal muffler dan diteruskan ke karburator.
2. Masukkan bahan bakar premium yang telah ditakar kedalam gelas ukur, lalu ukur temperatur bahan bakar premium tersebut.
3. Hidupkan mesin motor dengan putaran stasioner dan tunggu sampai tube tersebut panas.
4. Lihat posisi bahan bakar pada gelas ukur sebelum waktu pengujian dimulai. 5. Ukur temperatur mesin, temperatur tube, temperatur bahan bakar setelah
melalui tube tersebut.
6. Tekan perseneling pada posisi gigi 1,lalu naikkan putaran mesin sesuai dengan keinginan.
7. Lakukan pembebanan pada sistem rem dengan memberikan beban yang bervariasi.
8. Catat waktu putaran akhir, jumlah konsumsi bahan bakar,berat beban dan waktu.
9. Lakukan pengujian tersebut sebanyak empat kali untuk mendapatkan hasil yang maksimal.
10. Bandingkan prestasi mesin standar dengan prestasi mesin yang saluran bahan bakarnya sudah dimodifikasi dengan menggunakan tube tembaga.
C. Spesifikasi Obyek Penelitian
Obyek yang digunakan untuk penelitian adalah sepeda motor bensin 4 tak dengan merek KTM tahun 2004. Berikut adalah spesifikasi dari obyek penelitian: a. Tipe mesin : 4 langkah, Single Over Head Cam.
b. Diameter x Langkah piston : 51 x 51 mm
c. Volume Silinder : 104 cc
d. Perbandingan kompresi : 10 : 1
e. Daya Maksimu : 7.3 PS
f. Torsi Maksimum : 0.74 Kgf = 7,25 Nm
g. Busi : Denso U22FS-U
h. Sistem pengapian : AC – CDI
3. Pengambilan Data
Penelitian terhadap pengaruh penaikan temperatur bahan bakar premium ini dilakukan dengan beberapa cara, antara lain:
1. Melakukan eksperimen yaitu menguji kebenaran suatu rumusan dengan jalan mengadakan penelitian dan menilai sendiri hasil penelitian dan menilai hasil eksperimen dengan tujuan untuk menemukan sesuatu dalam penelitian tersebut.
2. Melakukan observasi yaitu dengan cara mengamati setiap putaran mesin dan waktu terhadap konsumsi bahan bakar pada mesin sepeda motor.
Tabel 1: Data hasil pengujian standar beban bervariasi.
Tabel 2 : Data hasil pengujian standar beban tetap dan putaran bervariasi
Posisi
Tabel 3: Data hasil pengujian setelah bahan bakar dipanaskan dengan putaran
240 170
8000 600 33 1 498 7050 50
Tabel 4: Data hasil pengujian setelah bahan bakar dipanaskan dengan putaran bervariasi dan beban tetap.
Posisi
Hal-hal yang mempengaruhi kemempuan mesin biasanya erat hubungannya dengan daya mesin yang dihasilkan serta daya guna dari mesin tersebut. Ada beberapa hal yang mempengaruhi kemampuan mesin yang dapat diperinci sebagai berikut :
A. Proses 0 – 1 a. Volume Langkah
Untuk menghitung volume langkah ini dapat dirumuskan sebagai berikut :
VL = . . L
b. Perbandingan Kompresi
Perbandingan kompresi adalah suatu perbandingan yang ditentukan oleh besarnya volume langkah dan volume ruang bakar, jelasnya :
=
c. Volume pada titik 1
Merupakan hasil penjumlahan volume langkah dengan volume sisa. = +
d. Massa campuran bahan bakar dan udara
Dengan tekanan 1 atm atau 104,3647 kPa dan volume silinder 0,0001145 pada temperatur 303 K, maka campuran bahan bakar dan udara adalah:
e. Massa udara pembakaran ( ) dan massa bahan bakar ( )
Sejumlah udara dihisap masuk ke dalam silinder dengan perbandingan kompresi 9:1 terhadap bahan bakar pada tekanan konstan. Untuk 1 kg bahan bakar diperlukan 9 kg udara dengan massa campuran ( ) sebesar 0,0001374 kg
diasumsikan residu gas hasil pembakaran 4% dari siklus sebelumnya, maka besaranya massa udara dan massa bahan bakar adalah:
= x 0,96 x
= x 1 x
f. Densitas udara
Tekanan dan temperatur udara sekitar mesin dapat digunakan untuk mencari densitas udara dengan persamaan matematika sebagai berikut:
=
B. Proses 1 – 2
Langkah kompresi isentropik, semua katup tertutup. Torak bergerak dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA).
a. Tekanan pada titik 2
Campuran bahan bakar dan udara yang berada di dalam silinder ditekan dan dimampatkan (TMA). Akibatnya, tekanan dalam silinder naik menjadi P2
P2 = P1 (rc )k
b. Temperatur pada titik 2
Campuran bahan bakar dan udara yang dimampatkan oleh torak yang bergerak ke titik mati atas (TMA) juga mengakibatkan suhu dalam silinder naik menjadi T2 .
T2 = T1 (rc )k-1
c. Volume pada titik 2
V2 =
d. Kerja persiklus 1 – 2
Kerja yang diserap selama langkah kompresi isentropik dalam satu siklus adalah sebagai berikut:
W1 – 2 =
Penambahan kalor pada volume konstan. a. Kalor masuk
Bahan bakar yang digunakan adalah Premium dengan nilai kalori 42098
kJ/kg dan diasumsikan terjadi pembakaran sempurna 1
=
b. Temperatur pada titik 3
Dengan menggunakan persamaan matematika =
maka dapat diketahui:
=
c. Volume pada titik 3
Dari diagram P-v siklus otto ideal dapat dilihat bahwa sama dengan
=
d. Tekanan pada titik 3
Seiring dengan bertambahnya temperatur selama siklus tertutup volume konstan, maka bertambah pula tekanan di dalam silinder.
=
D. Proses 3 – 4
Langkah ekspansi isentropik a. Temperatur pada titik 4:
Setelah torak mencapai titik mati bawah (TMB) sejumlah kalor dikeluarkan dari dalam silinder,
sehingga temperatur fluida kerja akan turun menjadi
= k- 1
b. Tekanan pada titik 4
Begitu juga dengan tekanan di dalam silinder, mengalami penurunan menjadi .
= k
c. Volume pada titik 4
Dari diagram P-v siklus ideal Otto dapat dilihat bahwa sama dengan
Tekanan tinggi yang disertai pembakaran di dalam silinder membuat piston terdorong kembali ke titik mati bawah (TMB). Gerakan torak tersebut menghasilkan kerja sebesar .
W3 – 4 =
E. Proses 4 – 1
Proses pembuangan kalor pada volume konstan. a. Kalor yang dibuang
Pada saat torak mencapai titik mati bawah (TMB) kalor dibuang sebesar
Q4 – 1.
Q4 – 1 = Qout =
b. Kerja satu siklus
Wnett = W1 – 2 + W3 – 4
F. Parameter perporma mesin a. Tekanan efektif rata-rata
Didefenisikan sebagai suatu tekanan yang dibayangkan bekerja pada permukaan torak pada langkah kerja, sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut:
mep =
b. Daya indikator
Merupakan daya yang dihasilkan dalam silinder motor sehingga merupakan basis perhitungan atau penentuan efisiensi pembakaran atau besarnya laju panas akibat pembakaran di dalam silinder.
Besarnya harga daya indikator pada putaran N dapat dirumuskan sebagai berikut:
=
c. Daya poros
Daya yang dihasilkan suatu mesin pada poros keluarannya disebut sebagai daya poros atau biasa disebut brake horse power, dapat dihitung berdasarkan persamaan dibawah ini:
= 2 x N x
d. Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc)
Secara tidak langsung konsumsi bahan bakar spesifik merupakan indikasi efisiensi dalam menghasilkan daya dari hasil pembakaran bahan bakar, maka konsumsi bahan bakar spesifik pada putaran N diperoleh sebagai berikut:
e. Efisiensi thermal
Efisiensi ini merupakan indikasi sesungguhnya dari konversi termodinamika menjadi kerja mekanis.
=
f. Efisiensi mekanis
Merupakan perbandingan antara daya poros dengan daya indicator. Maka besarnya efisiensi mekanis dapat diketahui dengan persamaan matematika dibawah ini:
=
g. Efisiensi volumetrik
Merupakan indikasi sejauh mana volume sapuan mesin tersebut dapat terisi fluida kerja. Dengan massa udara, densitas udara dan besar volume langkah, maka efisiensi volumetrik dapat dihitung dengan rumusan matematika dibawah ini:
=
B. PEMBAHASAN
Penelitian ini dilakukan semaksimal mungkin untuk mendapatkan hasil yang sesuai dengan keinginan. Penelitian ini meliputi perhitungan dari putaran mesin(n),waktu (t), daya motor (N), torsi (T) Jumlah konsumsi bahan bakar spesifik(sfc), efisiensi termal( ), efisiensi mekanis ( ), dan efisiensi volumetrik( ).
1. Hasil perhitungan dengan menggunakan saluran bahan bakar standar.
Putaran (N) 8000 rpm
Waktu (t) 10 menit
Daya poros (Wb) 0,959 Kw
Daya indicator (Wi) 10,37 kW/det
Torsi (T) 1,717 nm
Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) 0,0348 gram/kWjam Efisiensi termal ( ) 60,03 %
Efisiensi mekanis ( ) 9,257 % Efisiensi volumetric ( ) 99,86 %
Putaran mesin (N) 8000 rpm
Waktu (t) 10 menit
Daya poros (Wb) 1,171 kW
Daya indicator (Wi) 12,295 kWdet
Torsi (T) 1,717 nm
Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) 0,0297 gram/kWjam Efisiensi termal ( ) 60,03 %
Efisiensi mekanis ( ) 9,536 % Efisiensi volumetric ( ) 99,86 %
a) Torsi
Tabel perbandingan daya poros standar dengan daya poros modifikasi pada torsi yang sama.
Torsi Daya poros standar Daya Poros Modifikasi (:100) Putaran Bervariasi (:100) Putaran Bervariasi (:100)
24.53 11.297 16.175
19.62 11.376 13.348
14.72 9.167 10.137
9.81 6.571 7.238
Grafik Torsi dan Daya
Semakin ringan beban suatu mesin maka semakin rendah pula torsi dan daya mesin tersebut.
b) Daya indikator
Tabel perbandingan antara daya indikator standar dengan daya indikator yang sudah dimodifikasi.
Putaran Mesin Daya indikator Putaran Mesin Daya indikator
standar(rpm) Standar (:100) modifikasi (rpm) Modifikasi (:100)
5540 1031 6500 1210
5950 1107 6580 1224
6400 1191 7050 1312
Grafik Daya Indikator
Berdasarkan data tabel di atas dapat simpulkan bahwa semakin tinggi putaran mesin maka semakin tinggi pula daya indikator yang terjadi, baik daya indikator standar maupun daya indikator modifikasi.
c) Daya Poros
Perbandingan daya poros standar dan daya poros modifikasi pada beban bervariasi.
Tabel Daya poros standar dan modifikasi pada beban bervariasi
Putaran Mesin Daya Mesin Putaran Mesin Daya Mesin
(rpm) Standar (:100) (rpm) Modifikasi(:100)
4400 11.296 6300 16.175
5540 11.376 6500 13.348
5950 9.167 6580 10.137
6400 6.571 7050 7.238
Berdasarkan data tabel diatas dapat dipaparkan beberapa kesimpulan diantaranya:
1. Semakin tinggi putaran mesin maka semakin rendah daya poros yang terjadi pada mesin tersebut, baik daya standar maupun daya modifikasi. 2. Pada putaran mesin standar yaitu 6400 rpm daya poros yang terjadi hanya
6,57 kW, sedangkan pada mesin yang sudah dimodifikasi pada putaran 6300 rpm daya poros yang terjadi mencapai 16,17 kW.
d) Konsumsi Bahan Bakar Spesifik
Perbandingan konsumsi bahan bakar spesifik standar dengan konsumsi bahan bakar spesifik modifikasi pada putaran mesin tetap.
Tabel Konsumsi bahan bakar spesifik
Putaran Mesin SFC SFC
(rpm) Standar (:10) Modifikasi (:10)
4400 2817.2 1967.4
5540 2797.4 2384.1
5950 3471.5 3139.3
6400 4843 4396.7
Berdasarkan data tabel di atas dapat disimpulkan bahwa dengan putaran mesin yang sama, konsumsi bahan bakar spesifik standar lebih banyak daripada konsumsi bahan bakar spesifik modifikasi.
C. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Dengan melihat hasil pembahasan maka dapat diambil kesimpulan yang didasarkan pada tujuan penelitian ini, yaitu:
1. Pemanasan bahan bakar premium sangat mempengaruhi terhadap daya mesin, untuk daya mesin standar pada putaran maksimal 6400 rpm daya indikator yang terjadi hanya 1191 kW/det, sedangkan pada putaran maksimal 7050 rpm daya indikator modifikasi mencapai 1312 kW/det. Untuk daya poros standar yang terjadi pada putaran maksimal 6400 hanya 657 kW/det, sedangkan daya poros yang sudah dimodifikasi pada putaran 7050 rpm mencapai 723 kW/det.
2. Konsumsi bahan bakar premium yang sudah dimodifikasi saluran bahan bakarnya lebih sedikit daripada konsumsi bahan bakar standar, ini terbukti pada putaran maksimal yang sama 6400 rpm konsumsi bahan bakar standar mencapai 484 gram/kWjam dan konsumsi bahan bakar modifikasi hanya mencapai 439 gram/kWjam.
3. Secara garis besar memodifikasi saluran bahan bakar dengan tube tembaga berukuran 1/16 inchi sangat mempengaruhi terhadap prestasi mesin sepeda motor KTM.
B. Saran
Memodifikasi saluran bahan bakar dengan tube tembaga sangat perlu memperhatikan beberapa kriteria, diantaranya:
1. Ukuran tube tembaga yang sesuai dengan kondisi suatu motor.
2. Jumlah lilitan sangat mempengaruhi terhadap kinerja suatu mesin sepeda motor, untuk itu harus diambil dengan melakukan beberapa percobaan. 3. Untuk mendapatkan hasil yang maksimal sebaiknya mesin sepeda motor
harus diservic terlebih dahulu.
Willar W. Pulkrabek. Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine. Universiti of Wisconsin.
Wahyu Triono. 2009. Pemeliharaan/service Sistem Bahan Bakar Bensin. Erlangga. Jakarta.
Bagyao Sucahyono. 1999. Otomotif Mesin Tenaga. PT. Tiga Serangkai. Surakarta. Daryanto. 1995. Teknik Otomotif. Bumi Aksara. Jakarta.
Mj.Djokosetyardjo. 1987. Ketel uap. PT. Pradnya Paramita. Jakarta. Anwari. 1978. Sistem Satuan Internasional (SI). Jakarta.
Ginting Yuyun. 1998. Otomotif Dasar. Angkasa. Bandung.
Archie W. Cuip JR. 1989. Prinsip – Prinsip Konversi Energi. Erlangga. Jakarta. Sutrisno. 1997. Fisika Dasar. ITB. Bandung.
Harsanto. 1969. Motor Bakar. Djambatan. Jakarta. Jhon Wiley Dkk. 1978. Fisika. Erlangga.
Budiman Anwar. 2007. Bimbingan Pemantapan Kimia.Yrama Widya. Bandung. Toyota Astra Motor. 1974. Dasar – Dasar Otomobil. PT. Toyota Astra Motor. Toyota Astra Motor. New Steep 1 Training Manual. Jakarta.
Tim STITEKNAS Jambi. 2006. Pedoman Penulisan Karya Ilmiah. STITEKNAS Jambi.
