Kedeputian Ilmu Pengetahuan Teknik 1
PENGUJIAN PENGARUH MUTU BAHAN BAKAR BENSIN TERHADAP KEMAMPUAN KERJA MOTOR BENSIN
Abdul Hapid
Laboratorium Motor Bakar Puslit Telimek – LIPI
Jl. Sangkuriang komplek LIPI gd. 20 Bandung 40135, Tlp: 022-2503055, Fax : 022-2504773 Email : hapid@telimek.lipi.go.id
ABSTRAK
Telah dilakukan pengujian bahan bakar bensin Premium , Premix , dan Super - TT pada motor bensin empat langkah, empat silinder, 1486 cc. Dalam pengujian ini dilihat pengaruh perbedaan mutu bahan bakar bensin terhadap kemampuan kerja motor bensin.
Hasil pengujian menunjukkan adanya perubahan peta karakteristik operasi motor.
Parameter operasi yang menunjukkan ukuran kemampuan kerja motor adalah torsi, daya, konsumsi bahan bakar spesifik, dan efisiensi termal pada putaran tertentu Torsi maksimum motor dengan menggunakan bahan bakar premiun dan Super-TT di capai pada putaran yang sama (3000 rpm), sedangkan motor dengan bahan bakar Premix dicapai pada putaran 2000 rpm. Daya maksimum motor dengan menggunakan bahan bakar Premium dan Premix dicapai pada putaran yang sama (5000 rpm), sedangkan motor dengan bahan bakar Super-TT dicapai pada putaran 4000 rpm. Konsumsi bahan bakar spesifik minimum dan efisiensi termal maksimum motor dengan menggunakan bahan bakar Premium, Premix dan Super-TT dicapai pada putaran yang sama (4000 rpm). Torsi, daya, konsumsi bahan bakar spesifik dan efisiensi engine terbaik dicapai dengan menggunakan bahan bakar bensin Super-TT kemudian disusul dengan menggunakan bahana bakar bensin Premix dan Premium. Hal ini berarti bahwa kemampuan kerja suatu motor bensin sangat tergantung dengan mutu bahan bakar bensin yang digunakan.
ABSTRACT
Experiment was performed on premium, premix, and super TT gasoline fuel on 1486cc four-stroke four-cylinder gasoline engine. In this experiment, the effect of gasoline fuel quality on engine performance was observed. The results showed changes in engine operating characteristic map. Operating parameters that indicated engine performance were torque, power, specific fuel consumption, and thermal efficiency at certain rpm.
2 Pemaparan Hasil Litbang 2003
Maximum torque for engines using premium and super TT fuel was achieved at 3000rpm, while maximum torque for engines using Premix fuel was achieved at 2000 rpm. The maximum power for engines using premium and premix was achieved at 5000 rpm, while maximum power for engines using super TT fuel was achieved at 4000rpm. The minimum specific fuel consumption and maximum thermal efficiency for engine using premium, premix and super TT fuel was achieved at 4000 rpm. The best torque, specific fuel consumption and engine efficiency was achieved by using Super TT fuel, followed by the engine using premix and premium fuel. The general conclusion from the experiment is that engine performance depends greatly on the gasoline fuel quality used.
PENDAHULUAN
Bahan bakar bensin merupakan produk minyak bumi yang sangat penting dalam menunjang perekonomian dan pembangunan nasioanal karena menyangkut kebutuhan masyarakat umum, khususnya dalam sektor transfortasi.
Persyaratan utama yang harus dipenuhi oleh bahan bakar bensin untuk kendaraan bermotor adalah harus sesuai dengan kebutuhan motor. Oleh karena itu masing-masing negara dapat berbeda spesifikasi bahan bakarnya, khususnya bahan bakar bensin. Hal ini disebabkan oleh adanya perbedaan situasi dan kondisi, populasi kendaraan, iklim, bahan baku dan proses serta kebijaksanaan pemerintah yang meliputi keamanan, konservasi energi, lingkungan dan sebagainya.
Tingkat mutu bensin ditentukan oleh sifat mutu nyala (angka oktana) dan sifat lainnya, seperti sifat daya penguapan (volatilitas), stabilitas dan korosifitas, sehingga mutu bensin tergantung dari komposisi kimia dari hasil pencampuaran komponen bensin serta aditif yang ditambahkan pada bensin. Beberapa komponen bensin dan aditif dapat dicampurkan dengan sistem presentase volumr/berat atau kadar tertentu untuk memperoleh mutu yang lebih baik dan ekonomis (Standard Nasional Indonesia (SNI) 06-3506-1994, Mutu Bahan Bakar Minyak Jenis Bensin).
Spesifikasi bahan bakar bensin yang tersedia pada suatu negara umumnya menerapkan dua tingkat mutu bensin, yaitu tingkat mutu rendah yang dapat memenuhi kebutuhan sekitar 50-60% populasi kendaraan dengan angka oktana riset kurang dari RON 90 dan tingkat
Kedeputian Ilmu Pengetahuan Teknik 3 mutu besar dengan angka oktana lebih dari RON 90 yang dapat memuaskan 80-90%
populasi kendaraan.
Di Indonesia penyediaan dan distribusi bahan bakar kendaraan bermotor ditetapkan oleh pemerintah melalui Undang-Undang dan dilaksanakan oleh Pertamina sedang spesifikasi bahan bakar tersebut ditetapkan oleh Departemen Pertambangan dan Energi cq. Direktorat Jenderal Minyak dan Gas Bumi.
Berdasarkan wewenang dan tugas Pertamina yang diberikan oleh pemerintah melalui UU No. 44 tahun 1960 dan UU No. 8 tahun 1971 tentang penyediaan dan penyaluran kebutuhan bahan bakar kendaraan bermotor di Indonesia, maka pertamina memproduksi dua jenis bahan bakar yaitu Bahan Bakar Minyak (BBM) dan Bahan Bakar Khusus (BBK).
Adapun jenis BBM yang diproduksi Pertamina adalah Premium dan Solar. Sedangkan jenis BBK adalah Premix, Super TT, dan BB2L(khusus untuk motor 2 langkah (Ir. Dwi Kushartoyo, April 1999, Produksi Mogas dan Solar Pertamina, Dit. Pengolahan - PERTAMINA, Jakarta).
Produk BBM dan BBK mengacu pada spesifikasi BBM dan BBK yang dikeluarkan oleh Direktorat Jenderal Minyak dan Gas Bumi dalam bentuk peraturan atau surat keputusan Direktorat Jenderal Minyak dan Gas Bumi.
Komponen-komponen bahan bakar yang diproduksi dalam kilang dicampur dengan komposisi tertentu menjadi produk BBM dan BBK sesuai dengan spesifikasinya sebagaimana diperlihatkan pada gambar 1.
Penggunaan bahan bakar bensin yang berlainan pada motor bensin akan menimbulkan pengaruh pada motor secara mekanis, fisika, dan kimia yang berbeda. Oleh karena itu sifat- sifat bahan bakar bensin harus imbang-sempurna agar dapat memberikan unjuk kerja yang memuaskan pada setiap kondisi operasi motor bensin.
4 Pemaparan Hasil Litbang 2003
40%
60%
10%
85%
0 – 10%
90 – 100%
0 – 10%
Gambar 1. Proses pencampuran memproduksi MOGAS (Motor Gasoline)(2)
Dalam penelitian ini, pengujian dilakukan dengan menggunakan motor bensin empat langkah, empat silinder, 1486 cc. Sedangkan bahan bakar bensin yang digunakan adalah bensin Premium - 88, Premix - 94, dan Super - TT - 98, yang masing-masing mempunyai angka oktana 88, 94, 98. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perbedaan mutu bahan bahan bensin terhadap kemampuan kerja motor bensin.
BAHAN DAN ALAT
Pengujian dilakukan dengan menggunakan motor bensin empat langkah, empat silinder, 1486 cc. Dalam pengujian ini motor uji dioperasikan dengan menggunakan tiga jenis bahan bahan bakar bensin dengan mutu yang berbeda. Bahan bakar bensin yang digunakan adalah Premium, Premix, dan Super-TT. Adapun spesifikasi ketiga bahan bakar bensin yang digunakan dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1.Spesifikasi bahan bakar bensin Premium, Premix, dan Super - TT
NO. KARAKTERISTIK SATUAN PREMIUM(3) PREMIX(4) SUPER–TT(5)
1 Research Octane Number ORI 88 94 98
2 Density 15oC kg/lt
kg/m3
0,7343 734,3
0,7425 742,5
0,7548 754,8 NAPTHA
KOMPONEN MOGAS ANGKA OKTAN RENDAH
HOMC
KOMPONEN MOGAS ANGKA OKTAN TINGGI
MTBE
METHYL TERTIERY BUTHYL ETHER OKSIGENAT
ANGKA OKTAN TINGGI
TEL
TETRA ETHYLENE LEAD BAHAN KIMIA UNTUK MENINGKATKAN ANGKA OKTANA
PREMIUM - 88
PREMIX - 94
SUPER – TT - 98
Kedeputian Ilmu Pengetahuan Teknik 5 3 Calorific Value Gross kcal/kg
btu/lb kJ/kg kcal/lt
51077
11087 19957 46419 8234
10965 19738 45908 8278
4 Calorific Value Net kJ/kg 47856 43423 43056
Skema instalasi pengujian pengaruh mutu bahan bakar bensin terhadap kemampuan kerja motor bensin dapat dilihat pada gambar 1. Sedangkan spesifikasi alat ukur yang digunakan dalam pengujian ini dapat dilihat pada tabel 2.
Gambar 1. Instalasi pengujian pengaruh mutu bahan bakar bensin terhadap kemampuan operasi motor bensin
Tabel 2. Spesifikasi alat ukur Torsi dan Putaran Motor No. Nama Alat Ukur Parameter
Pengukuran
Rentang
Pengukuran Resolusi Accuracy 1 Eddy Current
Dynamometer W70(6)
Daya Torsi Putaran
0...70 kW 0...150Nm 0...13000 rpm
0,01 kW 0,1 Nm
2 rpm
2%
2%
2%
2 Fuel Meter(7) Pemakaian Bahan Bakar
0...60 lt/h 0,01 l/h ± 1%
3 Airflow Meter DN50(8)
Pemakaian udara Temperatur udara
0...400 kg/h 0...40oC
0,1 kg/h 0,1oC
2%
2%
Pengujian dilakukan pada beban penuh (katup terbuka penuh), pada putaran 2000, 3000, 4000, 5000, dan 6000 rpm untuk setiap mutu bahan bakar yang digunakan. Pada pengujian
6 Pemaparan Hasil Litbang 2003
ini parameter operasi motor yang diukur adalah torsi, putaran, konsumsi bahan bakar, dan konsumsi udara. Parameter-parameter prestasi motor yang lain, seperti daya efektif, pemakaian bahan bakar spesifik, dan efisiensi termal diketahui dari hasil perhitungan.
Adapun rumus-rumus yang digunakan dalam perhitungan adalah sebagai berikut (Heywood, John B., 1988, Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw-Hill, Singapura) :
• Daya Efektif T . n Ne =
9549,305 dimana :
Ne : daya poros (kW) T : Torsi (Nm)
n : Putaran motor (rpm)
• Pemakaian bahan bakar spesifik : mb
Be = Ne
dimana :
Be : pemakaian bahan bakar spesifik (kg/kW.h) mb’ : Laju pemakaian bahan bakar (kg/h) mb’ = mb . ρb
ρb : Massa jenis bahan bakar (kg/L) mb : Laju pemakaian Bahan bakar (l/h) Ne : Daya efektif (kW)
• Efisiensi Thermal (ηth) : Ne . 3,6 . 105 ηth =
mb ‘ . LHV dimana :
ηth : efisiensi thermal (%)
LHV : Nilai kalor pembakaran bawah (kJ/kg) Ne : Daya efektif (kW)
mb’ : Laju pemakaian bahan bakar (kg/h)
Kedeputian Ilmu Pengetahuan Teknik 7 HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Pengujian
Data hasil pengujian kemampuan operasi motor bensin dengan menggunakan bahan bakar bensin Premium, Premix, dan Super TT ditampilkan dalam bentuk grafik sebagaimana diperlihatkan pada gambar 2 – gambar 5 dibawah ini.
TORSI
45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500
Putaran (rpm)
Torsi (Nm)
Premium Premix Super-TT
DAYA
15 20 25 30 35 40
1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500
Putaran (rpm)
Daya (kW)
Premium Premix Super-TT
Gambar 2. Grafik torsi terhadap putaran
motor Gambar 3. Grafik daya poros terhadap putaran motor
SFC
0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50
1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 65
Putaran (rpm)
SFC (kg/kWh)
Premium Premix Super-TT
EFISIENSI
17 19 21 23 25 27 29
1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 65
Putaran (rpm)
Efisiensi Termal (%)
Premium Premix Super-TT
Gambar 4. Grafik pemakaian bahan bakar spesifik (SFC) terhadap putaran
motor
Gambar 5. Grafik efisiensi termal terhadap putaran motor
8 Pemaparan Hasil Litbang 2003
PEMBAHASAN Torsi dan daya motor
Torsi adalah merupakan ukuran kemampuan suatu motor untuk melakukan kerja. Besarnya torsi yang dihasilkan oleh suatu motor sangat tergantung dari besarnya tekanan efektif rata- rata yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar-udara di dalam ruang bakar, sesuai dengan persamaan berikut :
9549,305
T = Pe Vl. z.a .
60 . 106
dimana :
T : Torsi motor (Nm)
Pe : Tekanan efektif rata-rata (kPa) Vl : Volume langkah torak (cm3) z : Jumlah silinder
a : Jumlah siklus per putaran
= 1 untuk motor 2 langkah
= ½ untuk motor 4 langkah
Persamaan diatas menunjukkan bahwa makin besar tekanan efektif yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar udara semakin besar pula torsi yang dihasilkan oleh suatu motor.
Daya poros adalah parameter utama prestasi/unjuk kerja motor bakar yang mewakili kemampuan operasional motor. Daya ini dibangkitkan oleh daya indikator yang merupakan daya gas pembakaran yang menggerakkan torak. Daya indikator ditimbulkan oleh pembakaran bahan bakar didalam ruang bakar yang menghasilkan konversi energi kimia menjadi energi panas.
Torsi dan daya motor pada putaran 2000 – 3000 rpm dengan menggunakan bahan bakar bensin premium mengalami penurunan sebesar 0,77 % - 4,94% dan pada putaran 4000 – 6000 rpm mengalami peningkatan sekitar 0,11% - 5,42% dibandingkan dengan motor menggunakan bahan bakar bensin premix. Perbandingan torsi dan daya motor dengan menggunakan bahan bakar bensin premium terhadap motor dengan menggunakan bahan bakar bensin superTT terlihat bahwa pada putaran rendah sampai dengan putaran menengah (2000 – 4000 rpm) lebih kecil sekitar 2,07% - 4,74% tetapi lebih besar sekitar
Kedeputian Ilmu Pengetahuan Teknik 9 0,61% - 7,61% pada putaran tinggi (5000 – 6000 rpm). Perbandingan torsi dan daya motor dengan menggunakan bahan bakar bensin superTT terhadap motor dengan menggunakan bahan bakar bensin premix terlihat bahwa pada putaran 2000 rpm lebih kecil 2,93% dan pada putaran tinggi (5000 – 6000 rpm) lebih kecil 0,5% - 2,04%, namun pada putaran menengah (3000 – 4000 rpm) lebih besar sekitar 3,73% - 5,12%.
Pemakaian bahan bakar spesifik (SFC)
Pemakaian bahan bakar spesifik merupakan parameter prestasi motor yang menunjukkan ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar suatu motor. Pemakaian bahan bakar spesifik yang semakin kecil menunjukkan bahwa bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan daya efektif yang sama akan semakin kecil pula. Dengan demikian efisiensi termal yang dihasilkan akan semakin besar. Dari gambar 5 terlihat bahwa pemakaian bahan bakar spesifik motor minimum dicapai pada putaran 4000 rpm untuk ketiga jenis bahan bakar bensin yang digunakan. Pemakaian bahan bakar spesifik minimum motor dengan menggunakan bensin Premium, Premix, dan Super-TT masing-masing adalah 0,31 kg/kWh, 0,32 kg/kWh, dan 0,30 kg/kWh.
Pemakaian bahan bakar spesifik minimum motor dengan menggunakan bensin Super-TT lebih kecil sekitar 7,21% dibandingkan dengan motor menggunakan bensin Premix dan lebih kecil sekitar 4,17% dibandingkan dengan motor menggunakan bensin Premium.
Sedangkan pemakaian bahan bakar spesifik minimum motor dengan menggunakan bensin Premix lebih besar sekitar 3,28% dibandingkan dengan motor menggunakan bensin Premium.
Efisiensi Termal
Efisiensi termal merupakan ukuran kemampuan motor dalam mengkonversikan energi bahan bakar menjadi energi mekanik. Hal ini berarti bahwa semakin tinggi efisiensi termal suatu motor semakin optimal kemampuan operasinya.
Pada gambar 7 menunjukkan bahwa efisiensi termal motor dengan menggunakan bahan bakar bensin Premium lebih kecil dibandingkan dengan motor menggunakan bensin Premix maupun Super-TT. Efisiensi termal motor dengan menggunakan bensin Premix lebih besar dibandingkan dengan motor menggunakan bensin Super-TT pada putaran rendah (2000 – 3000 rpm) dan putaran tinggi (5000 – 6000 rpm), namun pada putaran
10 Pemaparan Hasil Litbang 2003
menengah (4000 rpm) efisiensi termalnya lebih kecil. Efisensi termal maksimum motor dengan menggunakan bensin Premium, Premix, dan Super-TT dicapai pada putaran 4000 rpm. Efisiensi termal maksimum motor dengan menggunakan bensin Premium lebih kecil dibandingkan dengan motor menggunakan bensin Premix maupun Super-TT, efisiensi termal maksimum motor dengan menggunakan bensin Super-TT lebih besar dibandingkan dengan motor menggunakan bensin Premix.
KESIMPULAN
Hasil pengujian pengaruh mutu bahan bakar bensin terhadap kemampuan operasi motor bensin menunjukkan adanya perubahan peta karakteristik operasi motor. Torsi maksimum motor dengan menggunakan bahan bakar bensin Premium, Premix, dan Super-TT berturut- turut adalah 92,44 Nm pada putaran 3000 rpm, 95,6 Nm pada putaran 2000 rpm, dan 96,63 Nm pada putaran 3000 rpm. Daya maksimum motor dengan menggunakan bahan bakar bensin Premium, Premix, dan Super-TT berturut-turut adalah 37,28 kW pada putaran 5000 rpm, 37,24 kW pada putaran 5000 rpm, dan 37,92 kW pada putaran 4000 rpm.
Efisiensi termal maksimum motor dengan menggunakan bensin Premium, Premix, dan super Super-TT berturut-turut adalah 24,16%, 25,78%, dan 28,02%.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kepala Puslit Telimek LIPI yang telah memberi dukungan dan rekan-rekan di Laboratorium Motor Bakar Puslit Telimek LIPI yang telah berpartisipasi dalam pegujian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Standard Nasional Indonesia (SNI) 06-3506-1994, Mutu Bahan Bakar Minyak Jenis Bensin.
Ir. Dwi Kushartoyo, April 1999, Produksi Mogas dan Solar Pertamina, Dit. Pengolahan - PERTAMINA, Jakarta.
Keputusan Direktur Jenderal Minyak dan Gas Bumi, Nomor : 108 K/72/DDJM/1997, Tanggal 28 Agustus 1997 : Premium
Kedeputian Ilmu Pengetahuan Teknik 11 Keputusan Direktur Jenderal Minyak dan Gas Bumi, Nomor : 108 K/72/DDJM/1997, Tanggal 29Agustus 1997 : Premix
Keputusan Direktur Jenderal Minyak dan Gas Bumi, Nomor : 112 K/72/DDJM/1995, Tanggal 18 Agustus 1995 : Super-TT
Schenck Pegasus GmbH. (1994), “Technical Documentation Eddy-Current Dynamometer W70”, Germany.
Technogerma Systems GmbH. (1995), “Operating Manual Fuel Consumtion Meter PLU 116H”, Germany
Technogerma Systems GmbH. (1995), “Operating Manual Air Flow Meter DN50”, Germany
Heywood, John B. (1988), “Internal Combustion Engine Fundamentals”, McGraw-Hill, Singapura.
