ANALISA PENGARUH CAMPURAN BAHAN BAKAR PREMIUM DAN ETHANOL TERHADAP KARAKTERISTIK PERFORMA SPARK IGNITION ENGINE SINGLE CYLINDER SKRIPSI

(1)

ANALISA PENGARUH CAMPURAN BAHAN BAKAR PREMIUM DAN ETHANOL TERHADAP KARAKTERISTIK PERFORMA

SPARK IGNITION ENGINE SINGLE CYLINDER

SKRIPSI

Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Strata 1 (S1) Pada Jurusan Teknik Mesin

Universitas Sanata Dharma

Oleh:

DHANY KUSUMA JATI 165214068

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2020

(2)

ii

ANALYSIS EFFECT OF MIXING PREMIUM AND ETHANOL FUEL ON THE PERFORMANCE CHARACTERISTICS OF SPARK IGNITION

ENGINE SINGLE CYLINDER FINAL PROJECT

To Fulfill one of the Requirements to Obtain

Strata (S1) Bachelor Degree in the Department of Mechanical Engineering Sanata Dharma University

DHANY KUSUMA JATI 165214068

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

2020

(3)

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... I LEMBAR PERSETUJUAN ... III LEMBAR PENGESAHAN ... IV PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... V LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... VI KATA PENGANTAR ... VII DAFTAR ISI ... IX DAFTAR GAMBAR ... XI DAFTAR TABEL ... XIII DAFTAR LAMPIRAN ... XIV NOMENKULATUR ... XV ABSTRAK ... XVI ABSTRACT ... XVII

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Rumusan Masalah ... 3

1.3. Tujuan Penelitian ... 4

1.4. Batasan Penelitian ... 4

1.5. Manfaat Penelitian ... 4

BAB II LANDASAN TEORI ... 5

2.1. Tinjauan pustaka ... 5

2.2. Siklus Engine Four Stroke ... 5

2.3. Siklus Otto ... 7

2.2.1. Brake Torque dan Brake Power ... 8

2.2.2. Brake Spesific Fuel Consumtion (BSFC) ... 8

(4)

x

2.2.3. Brake Effisiensi Thermal (BTE) ... 9

2.4. Bioetanol ... 9

BAB III METODE PENELITIAN ... 11

3.1. Tahapan Penelitian ... 11

3.2. Parameter Penelitian ... 12

3.3. Rancangan Rangkaian Peralatan Penelitian ... 12

3.4. Alat Penelitian ... 13

3.4.1. Premium Engine ... 13

3.4.2. Bahan bakar ... 14

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 15

4.1. Pengaruh variasi pembebanan engine dengan menggunakan presentase mixing premium terhadap brake torque dan brake power. ... 15

4.2. Pengaruh variasi pembebanan engine dengan mengggunakan presentase mixing premium terhadap brake spesific fuel consumption. ... 21

4.3. Pengaruh variasi pembebanan engine dengan menggunakan presentase mixing premium terhadap brake thermal efficiency . ... 25

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 29

5.1 Kesimpulan ... 29

5.2 Saran ... 29

DAFTAR PUSTAKA ... 30

LAMPIRAN ... 32

(5)

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 (a). Data kendaraan roda dua, (b). Data kendaraan roda empat ... 2

Gambar 2.1 Diagram tekanan-perpindahan untuk mesin empat langkah ... 6

Gambar 2.2 (a) Diagram p-v, (b) Diagram T-s ... 7

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 11

Gambar 3.2 Skematik Engine ... 12

Gambar 3.3 Premium Engine ... 13

Gambar 4.1 Grafik pengaruh pembebanan dan mixing premium terhadap brake torque dan brake power pada variasi putaran mesin 2000 rpm ... 17

Gambar 4.6 Grafik pengaruh pembebanan dan mixing premium terhadap brake spesific fuel consumption pada variasi putaran mesin 2000 rpm ... Kesalahan! Bookmark tidak ditentukan. Gambar 4.7 Grafik pengaruh pembebanan dan mixing premium terhadap brake spesific fuel consumption pada variasi putaran mesin 3000 rpm ... 23

Gambar 4.8 Grafik pengaruh pembebanan dan mixing premium terhadap brake spesific fuel consumption pada variasi putaran mesin 4000 rpm ... 23

(6)

xii

Gambar 4.11 Grafik pengaruh pembebanan dan mixing premium terhadap brake thermal efficiency pada variasi putaran mesin 2000 rpm ... 26 Gambar 4.12 Grafik pengaruh pembebanan dan mixing premium terhadap brake thermal efficiency pada variasi putaran mesin 3000 rpm ... 26 Gambar 4.13 Grafik pengaruh pembebanan dan mixing premium terhadap brake thermal efficiency pada variasi putaran mesin 4000 rpm ... 27 Gambar 4.14 Grafik pengaruh pembebanan dan mixing premium terhadap brake thermal efficiency pada variasi putaran mesin 5000 rpm ... 27 Gambar 4.15 Grafik pengaruh pembebanan dan mixing premium terhadap brake thermal efficiency pada variasi putaran mesin 6000 rpm ... 28

(7)

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Spesifikasi Premium engine ... 14 Tabel 3.2 Spesifikasi Bahan Bakar Premium ... 14 Tabel 3.3. Spesifikasi Bahan Bakar Ethanol ... 14

(8)

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Perhitungan kenaikan data Brake Torque yang signifikan ... 322 Lampiran 2. Perhitungan kenaikan data Brake Power yang signifikan ... 322 Lampiran 3. Perhitungan penurunan data Brake Specific Fuel Consumption yang signifikan ... 322 Lampiran 4. Perhitungan kenaikan data Brake Thermal Efficiency yang

signifikan ... 33

(9)

xv

NOMENKULATUR

Lambang Nama Satuan Halaman

b Jarak Lengan Torsi m 6

Sfc Konsumsi Bahan Bakar Spesifik kg/kW.jam 6

F Gaya N 6

ṁa Lau Aliran Udara kg/s 8

ṁf Laju Aliran Bahan Bakar kg/s 6,7,8

N Putaran Kerja rev/m 6

P Daya kW 6,7

T Torsi Nm 6

LHV Harga Panas dari Bahan Bakar kJ/kg 7

Ƞth Efisiensi Thermal % 7

(10)

xvi ABSTRAK

Kenaikan jumlah penggunaan kendaraan bermotor sebagai alat transportasi yang berdampak pada peningkatan penggunaan bahan bakar minyak bumi sebagai bahan bakar utamanya. Peningkatan jumlah kendaraan bermotor sebagai alat transportasi di Indonesia beberapa tahun terakhir mengalami peningkatan terutama pada kendaraan bermotor roda dua. Kendaraan bermotor roda dua dinilai efisien untuk menunjang kebutuhan transportasi sehingga kebutuhan minyak bumi sebagai bahan bakar utama semakin menipis ketersediaannya. Cara untuk mengurangi penggunaan minyak bumi dengan menambahkan ethanol pada premium.

Tujuan penelitian ini untuk mengetahui karakteristik performa premium engine dengan menggunakan campuran bahan bakar premium RON 88 dan ethanol.

Penelitian dilakukan dengan memvariasikan pembebanan dari 25%, 50%, 75%, dan 100%, dengan menggunakan variasi premium 95% dan ethanol 5%, premium 90%

dan ethanol 10%, dan premium 85% dan ethanol 15%, dan putaran mesin 2000 rpm, 3000 rpm, 4000 rpm, 5000 rpm, dan 6000 rpm.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai brake torque tertinggi 2,43 N.m pada mixing premium 10%, nilai brake power tertinggi 1,27 kW pada mixing premium 10%, nilai brake specific fuel consumption terendah 0,93 kg/kW.h pada mixing premium 10%, dan nilai brake thermal efficiency tertinggi 32,5% pada mixing premium 15%.

Kata kunci : engine, ethanol, mixing premium

(11)

xvii ABSTRACT

The increase in the use of motorized vehicles as a means of transportation has an impact on increasing the use of petroleum as the main fuel. The increase in the number of motorized vehicles as a means of transportation in Indonesia in recent years has increased, especially in two-wheeled vehicles. Two-wheeled motorized vehicles are considered efficient to support transportation needs so that the need for petroleum as the main fuel is decreasing in availability. The way to reduce the use of petroleum by adding ethanol to premium.

The purpose of this study was to determine the performance characteristics of the premium engine by using a mixture of premium fuel and ethanol. The study was carried out by varying the loading of 25%, 50%, 75%, and 100%, using variations of 95% premium and 5% ethanol, 90% premium and 10% ethanol, and 85% premium and 15% ethanol. and engine speed of 2000 rpm, 3000 rpm, 4000 rpm, 5000 rpm and 6000 rpm.

The results showed that the highest brake torque value was 2.43 Nm for 10% premium mixing, the highest brake power value was 1.27 kW for mixing premium 10%, the lowest brake specific fuel consumption value was 0.93 kg / kW.h for mixing premium 10. %, and the highest thermal brake efficiency value is 32.5% at 15% premium mixing.

Keywords: engine, ethanol, premium mixing

(12)

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring dengan peningkatan jumlah kendaraan bermotor maka penggunaan bahan bakar minyak bumi sebagai sumber energi utama alat transportasi di Indonesia juga mengalami peningkatan. Di bawah ini merupakan data jumlah penggunaan kendaraan bermotor.

a

b

2016 2017 2018

104M 106M 108M 110M 112M 114M 116M 118M 120M 122M

Jumlah Kendaraan Bermotor (Unit)

Tahun Jenis Kemdaraan Bermotor

Sepeda Motor

2016 2017 2018

6M 8M 10M 12M 14M 16M 18M

Jumlah Kendaraan Bermotor (Unit)

Tahun

Jenis Kendaraan Bermotor Mobil Barang Mobil Penumpang

(13)

2

Gambar 1.1 (a). Data kendaraan roda dua, (b). Data kendaraan roda empat (https://www.bps.go.id/indicator/17/57/1/jumlah-kendaraan-bermotor.html)

Dari kedua data diatas yang dikutip dari Badan Pusat Statistik Indonesia, terjadi peningkatan jumlah penggunaan kendaraan bermotor beberapa tahun terakhir terutama pada kendaraan roda dua. Hal ini terjadi karena kendaraan roda dua sangat efisien untuk menunjang kebutuhan transportasi. Jumlah terbanyak kendaraan bermotor roda dua pada tahun 2018 sebanyak 120.101.047 Unit. Hal ini tentunya mengakibatkan kenaikan penggunaan bahan bakar minyak bumi, akibat kendaraan di Indonesia menggunakan bahan bakar minyak bumi sebagai bahan bakar utama (Haryadi, 2006).

Pada kendaraan bermotor menghasilkan emisi gas buang akibat terjadinya proses pembakaran reaksi kimia bahan bakar dan udara (Handayani, 2007). Gas buang akibat pembakaran menghasilkan senyawa seperti CO (karbon monoksida), CO2 (karbon dioksida), NOx (nitrogen oksida), dan HC (hidrokarbon). Senyawa tersebut dihasilkan karena proses pembakaran yang tidak terbakar sempurna dan kualitas dari bahan bakar (Jayanti et al., 2014), dimana banyak yang bersifat menyebabkan polusi pada udara dan lingkungan.

Di Indonesia terdapat berbagai bahan bakar alternatif yang dapat diperbarui.

Bahan bakar alternatif tersebut dapat digunakan untuk mengurangi penggunaan bahan bakar utama dan menurunkan emisi gas buang serta menaikkan performa engine (Zapata-Mina et al., 2020). Salah satu bahan bakar alternatif yang digunakan adalah jenis ethanol yang dihasilkan dari tumbuhan alami seperti tanaman jagung, singkong, dan lain sebagainya (Lewerissa, 2011). Ethanol atau etil alkohol merupakan additive fuel yang berwarna jernih berfasa cair pada temperature kamar serta mudah terbakar yang dapat digunakan sebagai pencampur bahan bakar utama (Drs et al., 2013). Ethanol sendiri terdapat kandungan oksigen yang dimana dapat menyempurnakan proses pembakaran dan dapat menurunkan emisi gas buang yang menimbulkan polusi udara. Dengan penambahan ethanol pada premium mampu menghasilkan pembakaran yang lebih sempurna sehingga meningkatkan performa engine dengan penurunan nilai emisi CO dan peningkatan CO2 (Handayani, 2007).

(14)

3

Pada penelitian campuran bahan bakar ini digunakan tiga variasi pencampuran bahan bakar premium dan ethanol dengan komposisi campuran E 5%

(premium 95% ethanol 5%), E10% (premium 90% ethanol 10%), dan E15%

(premium 85% ethanol 15%). Bahan bakar utama yang digunakan adalah premium.

Premium merupakan bahan bakar minyak jenis distilat yang berwarna kekuningan jernih yang di dalamnya terdapat kandungan RON (Research Octane Number) 88 dengan rasio kompresi rendah 9 : 1 dengan komposisi campuran hidrokarbon parafin,olefin, dan neptana (Novendri, 2018). Maksud dan tujuan dari penggunaan bahan bakar premium dalam penelitian ini karena bahan bakar premium memiliki nilai RON yang rendah serta emisi gas buang tinggi (Wiratmaja, 2010) dan diharapkan dari penelitian pencampuran ini dapat manaikkan nilai RON bahan bakar dan meningkatkan performa dari yang dihasilkan oleh engine .

Penambahan ethanol pada premium mampu meningkatkan performa pada premium engine (Agrariksa et al., 2013). Kandungan oksigen pada ethanol dapat membantu proses oksidasi saat proses pembakaran bahan bakar dan udara, hal ini tentunya dapat meningkatkan temperature dan tekanan pada ruang bakar sehingga performa yang dihasilkan oleh engine semakin meningkat. Tentunya komposisi variasi pencampuran bahan bakar juga berpengaruh terhadap performa yang dihasilkan engine.

Dengan menggunakan variasi campuran additive fuel tentunya akan mempengaruhi performa yang dihasilkan oleh engine, oleh karena itu penting adanya suatu penelitian untuk mengetahui tentang karakteristik performa yang dihasilkan engine menggunakan campuran bahan bakar premium dan ethanol.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan permasalahan dari latar belakang, maka dapat dirumuskan masalah pada penelitian ini, bagaimana karakteristik performa spark ignition engine menggunakan campuran bahan bakar premium dan ethanol dalam upaya untuk mengurangi penggunaan bahan bakar utama dan meningkatkan performa engine.

(15)

4 1.3 Tujuan Penelitian

Sesuai dengan rumusan masalah yang diajukan dalam penelitian ini, maka tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui karakteristik performa spark ignition engine menggunakan campuran bahan bakar premium dan ethanol, diantaranya :

1. Brake Torque dan Brake Power.

2. Brake Spesific Fuel Consumption.

3. Brake Thermal Efficiency.

1.4 Batasan Penelitian

Batasan-batasan yang ditentukan dalam melakukan penelitian pencampuran bahan bahan jenis premium dan ethanol adalah:

1. Engine yang digunakan untuk penelitian adalah Premium Engine four stroke, SOHC four valve dengan pendingin air pada motor 150cc.

2. ECU (Engine Control Unit) menggunakan ECU BRT Juken 5 Dualband.

3. Pembebanan maksimal pengujian pada Dynamometer sebesar 50 kg.

4. Temperatur kerja mesin dikondisikan pada temperatur 70°C.

5. Penelitian ini menggunakan bahan bakar utama Premium RON (Research Octane Number) 88.

1.5 Manfaat Penelitian

Beberapa manfaat yang diperoleh setelah melakukan penelitian ini antara lain:

1. Menambah kajian referensi penelitian mengenai variasi presentse campuran bahan bakar premium dan ethanol yang terbaik.

2. Memberikan pengetahuan tentang campuran bahan bakar premium dan ethanol terhadap performa engine.

3. Hasil dari penelitian ini dapat dijadikan sebagai bahan penelitian untuk ditindak lanjuti pada penelitian berikutnya.

(16)

5 BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan pustaka

Pengujian yang dilakukan oleh (Haryadi, 2006) tentang “Pengujian Campuran Bahan Bakar Premium-Methanol Pada Mesin Sepeda Motor 4 Langkah Pengaruh Terhadap Emisi Gas Buang” yang bertujuan untuk mengurangi penggunaan bahan bakar utama serta mengetahui komposisi emisi gas buang yang dihasilkan oleh engine uji dengan menggunakan bahan bakar premium dan campuran premium-methanol komposisi 20%, 40%, 60%. Hasil dari pengujian tersebut menunjukkan bahwa untuk kadar CO, HC, dan O2 mengalami penurunan yang signifikan dan komposisi terbaik campuran premium-methanol yaitu 60%

methanol dan 40% premium.

(Sarjono, putra, 2013) Pada jurnalnya yang berjudul “ Studi Eksperimen Pengaruh Campuran Bahan Bakar Premium Dengan Bioetanol Nira Siwalan Terhadap Performa Motor 4 Langkah “ melakukan eksperimen pencampuran bahan bakar premium dengan bioethanol untuk digunakan pada kendaraan bermotor 4 langkah terhadap performa engine. Dari ekperimen tersebut didapatkan hasil bahwa penggunaan bahan bakar campuran premium dengan bioethanol dari nira siwalan menghasilkan performa daya maksimal dan torsi maksimal pada komposisi campuran bahan bakar premium 75% dengan bioethanol 25%, komposisi campuran bahan bakar ini juga berpengaruh terhadap nilai bahan bakar spesifik yang efisien dengan torsi dan daya yang dihasilkan tinggi pada 7000 rpm.

2.2 Siklus Engine Four Stroke

Dr. N.A.Otto (1876), berhasil membuat motor bakar dengan siklus kerja 4 langkah yang pertama. Proses pembakaran dalam motor bakar piston tidak terjadi secara terus-menerus, tetapi terjadi secara periodik. Dimana sebelum terjadi proses pembakaran berikutnya terlebih dahulu gas hasil pembakaran harus dibuang, baru kemudian silinder diisi lagi dengan campuran bahan bakar dan udara segar (pada motor otto).

(17)

6

Gambar 2.1 Diagram tekanan-perpindahan untuk mesin empat langkah (Moran, Michael J, Fundamentals of Engineering Thermodynamics:56 ) Pada Gambar 2.1 memperlihatkan skema hubungan antara tekanan dengan mekanisme perpindahan dari piston yang dapat di lihat dengan menggunakan osiloskop. Pada saat katup masuk terbuka, maka piston dari TMA (Titik Mati Atas) menuju TMB (Titik Mati Bawah) melakukan langkah hisap untuk menarik campuran udara dan bahan bakar ke dalam ruang bakar. Langkah selanjutnya, pada saat kedua katup tertutup maka piston dari TMB menuju TMA melakukan langkah kompresi, sehingga temperature dan tekanan dalam silinder akan naik. Proses pembakaran kemudian dilakukan saat kedua katup pada posisi tertutup, sehingga menghasilkan campuran gas bertekanan dan bersuhu tinggi. Pada premium engine, pembakaran terjadi pada saat mendekati akhir dari langkah kompresi dengan menggunakan bantuan spark plug sebagai pematik api. Setelah langkah kompresi, maka akan diikuti langkah kerja (power stroke) berupa ekspansi campuran gas hasil pembakaran yang kemudian mendorong piston untuk bergerak menuju titik mati bawah (TMB). Sesaat menjelang langkah kerja berakhir, akan dimulai fase langkah

(18)

7

buang, dimana gas hasil pembakaran akan dikeluarkan dari dalam ruang bakar melalui katup buang (Moran, Michael J, Fundamentals of Engineering Thermodynamics:56).

2.3 Siklus Otto

Siklus udara volume konstan (Siklus Otto) merupakan siklus ideal yang menerima tambahan panas yang terjadi secara konstan ketika piston dalam posisi titik mati atas (TMA). Siklus udara volume konstan dapat digambarkan dalam diagram p-v dan diagram T-s.

(a) (b)

Gambar 2.2 (a) Diagram p-v, (b) Diagram T-s

(Moran, Michael J, Fundamentals of Engineering Thermodynamics:56 ) Pada Gambar 2.2. Siklus otto terdiri dari empat proses yang secara internal reversibel didalam satu rangkaian. Proses 1-2 merupakan kompresi isentropik pada udara yang terjadi selama piston bergerak dari titik mati bawah menuju titik mati atas. Proses 2-3 merupakan proses terjadinya pelepasan kalor pada volume konstan dari sumber eksternal ke udara ketika piston berada pada titik mati atas. Proses 3-4 merupakan proses ekspansi isentropik. Siklus diselesaikan dengan proses 4-1 yang terjadi pada volume konstan dimana kalor akan dikeluarkan dari udara pada saat piston berada pada titik mati bawah.

Siklus otto terdiri dari proses yang secara internal reversibel, daerah pada diagram T-s dan p-v pada Gambar 2.3 secara berturut-turut dapat diartikan sebagai

(19)

8

kalor dan kerja. Pada diagram T-s, daerah 2-3-a-b-2 mewakili kalor yang ditambahkan per satuan massa dan daerah 1-4-a-b-1 mewakili kalor yang dibuang per satuan massa. Pada diagram p-v daerah 1-2-a-b-1 menunjukan besarnya kerja yang dimasukkan per satuan massa pada proses kompresi dan daerah 3-4-b-a-3 merupakan kerja yang telah dilakukan per satuan massa selama proses ekspansi buang (Moran, Michael J, Fundamentals of Engineering Thermodynamics:56 ).

2.2.1 Brake Torque dan Brake Power

Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan dynamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Dynamometer yang bertindak seolah-olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering disebut sebagai Brake Power (Heywood 1988).

(2.1) Dimana dalam satuan SI:

T = torsi (Nm) F = gaya (N)

b = jarak lengan (m)

(2.2)

Dimana dalam satuan SI:

P = daya (kW) T = torsi (Nm)

N = putaran kerja mesin (rpm) 2.2.2 Brake Spesific Fuel Consumtion (BSFC)

Konsumsi bahan bakar spesifik adalah parameter unjuk kerja mesin yang berhubungan langsung dengan nilai ekonomis sebuah mesin, karena dengan mengetahui hal ini dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah daya dalam selang waktu tertentu (Heywood 1988).

b F T = ×

T P= × ×N×

60 2 p

(20)

9

(2.3)

Sfc = spesific fuel consumtion (kg/kW.jam) = massa bahan bakar (kg/s)

P = daya (kW)

2.2.3 Brake Effisiensi Thermal (BTE)

Daya yang dihasilkan lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston, karena sejumlah energi hilang akibat rugi-rugi mekanis. Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi thermal (ƞth) dirumuskan dengan persamaan berikut (Heywood 1988) :

(2.4)

Ƞth = efisiensi thermal (%)

= laju massa bahan bakar (kg/s) LHV = harga panas bahan bakar (kJ/kg)

2.4 Bioetanol

Bioetanol atau ethanol (C₂H₅OH) adalah bahan bakar terbarukan dari jenis biofuel. Biofuel merupakan energi yang terbuat dari tumbuh-tumbuhan hidup yang bersifat seperti bahan bakar fosil, Biofuel dianggap sebagai energi terbarukan yang perannya dapat menggantikan bahan bakar fosil yang rendah karbon. Molekul dari ethanol sendiri memiliki satu atau lebih oksigen sehingga dapat memberikan

Sfc₌mP^•^f

•

mf

%

´100

×

= _•

LHV P mf

h

ht

•

mf

(21)

10

kontribusi untuk meminimalkan pencemaran udara dan menyempurnakan pembakaran. Produksi ethanol dalam penggunaan bahan bakar merupakan proses fermentasi dari gula dengan bantuan mikroorganisme yang dilanjutkan dengan proses destilasi. Bahan baku pembuatan bioethanol terdiri dari 3 kelompok yaitu dari bahan sukrosa (nira pati, nira tebu), Bahan berpati atau bahan yang mengandung pati (ubi kayu, singkong, jagung), Bahan berselulosa atau bahan yang mengandung serat (kayu, jerami).

Bioetanol sendiri memiliki warna bening, tidak memiliki nilai toksisitas yang tinggi, dapat terurai secara biologis dan memiliki emisi CO₂ (karbon dioksida) yang rendah saat terbakar sehingga tidak mencemari udara dan lingkungan (Araujo, 2015). Kandungan oksigen dalam bioetanol sendiri dapat mengoksigenasi bahan bakar sehingga dapat terbakar secara sempurna dan dapat meningkatkan performa engine. Ethanol mempunyai density atau massa jenis sebesar 789 kg/m³ dan nilai kalor sebesar 26800 KJ/kg. Kelebihan lainnya dari bioetanol yaitu memiliki nilai RON tinggi yang mana kemungkinan kecil bahan bakar akan menyala sendiri sebelum waktunya, Sehingga effisien digunakan pada engine dengan perbandingan rasio kompresi tinggi.

(22)

11 BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tahapan Penelitian

Pada penelitian ini menggunakan langkah-langkah penelitian seperti Gambar 3.1. dalam diagram alir penelitian seperti berikut ini:

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

Studi Pustaka dan Pembuatan Desain Engine

Persiapan Alat dan Bahan Pembuatan Sistem dan Komponen Engine

Set Up Experiment Proses Perakitan Komponen Engine:

1. Engine 2. Dynamometer 3. Gelas Ukur

END

Pengambilan Data Eksperimen

Validasi hasil

No

Yes

Pembahasan Hasil Analisis

Kesimpulan dan Saran

Hidupkan engine

Setting engine sampai temperature 70° C.

Mixing Premium Lalu Dimasukkan Ke Dalam Gelas Ukur.

Temperature

engine sesuai? No

Yes

Katup Bahan bakar dibuka, selisih bahan bakar pada gelas ukur di ukur untuk menghitung Debit (Q).

Setting dynamometer pada load display untuk mengetahui hasil beban saat engine berkerja.

Analisi data hasil

Setting RPM pada ECU display untuk mengetahui putaran poros engine saat berkerja.

Setting ulang RPM dan Mixing Premium Kemudian mengulang langkah percobaan dari awal untuk setiap

variasi campuran bahan bakar.

START

(23)

12 3.2 Parameter Penelitian

Dalam penelitian ini, peneliti memiliki variabel bebas dan variabel terikat seperti berikut:

Variabel bebas :

1. Load [%] 0, 25, 50, 75, 100

2. Putaran Mesin [rpm] 2000, 3000, 4000, 5000, 6000 3. Campuran Bahan Bakar (100% = 1000 ml atau 1 liter)

a. Premium 95% (950 ml) dan Ethanol 5% (50 ml) b. Premium 90% (900 ml) dan Ethanol 10% (100ml) c. Premium 85% (850 ml) dan Ethanol 15% (150 ml) Variabel terikat:

1. Brake Torque (T) dan Brake Power (P) 2. Brake Spesific Fuel Consumption (BSFC) 3. Brake Thermal Efficiency (BTE)

3.3 Rancangan Rangkaian Peralatan Penelitian

Engine yang digunakan pada penelitian ini tersusun seperti pada Gambar 3.2. berikut ini :

Gambar 3.2 Skematik Engine

---

Exhaust ---

---

Engine

Temperature Exhaust

Temperature Gelas Ukur

Dynamometer

Intake Engine

Tanki

Load Display

Knalpot Filter

Udara

Throttle Body Anemometer

(24)

13

Gambar 3.3 Premium Engine

3.4 Alat Penelitian

Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini sebagai berikut:

1. Engine 150 cc.

2. Dynamometer dengan pembebanan maksimal 50 kg.

3. Alat ukur temperature (thermocouple) pada Engine, Intake, dan Exhaust.

4. Alat ukur laju aliran udara anemometer pada filter udara.

5. Gelas ukur pada tanki bahan bakar.

3.4.1 Premium Engine

Pada penelitian ini premium engine yang digunakan tipe engine four stroke 1 cylinder dengan spesifikasi pada Tabel 3.1.

(25)

14

Tabel 3.1 Spesifikasi Premium engine (https://www.yamaha-motor.co.id/product/xabre/)

3.4.2 Bahan bakar

Bahan bakar yang di gunakan pada penelitian ini adalah Premium RON (Research Octane Number) 88 dan Ethanol dengan spesifikasi seperti berikut

1. Premium

Tabel 3.2 Spesifikasi Bahan Bakar Premium

(https://www.pertamina.com/industrialfuel/media/20705/premium.pdf)

Jenis Premium

Nilai kalor 43031 KJ/kg Berat Jenis 747 kg/m3

Nilai RON 88

2. Ethanol

Tabel 3.3. Spesifikasi Bahan Bakar Ethanol (Novendri, 2018)

Jenis Ethanol

Nilai kalor 26800 KJ/kg Berat jenis 789 kg/m3

Nilai RON 108

Kandungan oksigen 35 %

Model of engine type 1 Cylinder, 4 cycle, SOHC, fuel injection.

Cylinder bore 57 mm

Cylinder stroke 58.7 mm Compression ratio 10.4 : 1 Cylinder Volume 149.7 cc

Maximum power 12 kW at 8500 rpm Maximum torque 14.3 Nm at 7500 rpm

(26)

15 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengaruh variasi pembebanan engine dengan menggunakan presentase mixing premium terhadap brake torque dan brake power.

Pengaruh variasi pembebanan engine dengan menggunakan presentase mixing premium terhadap brake torque dan brake power ditunjukkan pada Gambar 4.1, Gambar 4.2, Gambar 4.3, Gambar 4.4, dan Gambar 4.5. Hasil penelitian menunjukkan nilai brake torque dan brake power meningkat seiring dengan variasi peningkatan pembebanan engine terhadap semua presentase mixing premium.

Sesuai dengan persamaan 2.1 dan 2.2 jika gaya pengereman yang dihasilkan semakin besar maka nilai brake torque dan brake power yang dihasilkan akan semakin besar (Heywood,1988).

Pada Gambar 4.4 putaran mesin 5000 rpm dengan pembebanan 75%

mengalami peningkatan nilai brake torque dan brake power yang signifikan sebesar 36% pada presentase mixing premium 10% dibandingkan dengan mixing premium yang lain. Hal ini disebabkan karena pada ruang bakar terjadi peningkatan proses oksidasi dari penambahan ethanol sehingga tekanan pada ruang bakar dan kalor laten penguapan meningkat yang mengakibatkan campuran bahan bakar dan udara lebih mudah terbakar (Tang et al., 2020). Pengaruh dari kalor laten penguapan ethanol yang lebih tinggi dapat memperpanjang waktu tunda penyalaan sehingga tekanan puncak diperlambat, tetapi kecepatan nyala yang tinggi menghasilkan pembakaran yang lebih cepat sehingga meningkatkan tekanan puncak dan meningkatkan efisiensi volumetric. Dengan hal ini tekanan pada ruang bakar meningkat yang mengindikasikan nilai brake torque dan brake power juga meningkat (Yuso et al., 2017). Tetapi hal ini tidak terjadi pada putaran mesin 2000 rpm dengan pembebanan 50% seperti pada Gambar 4.1, dimana terjadi penurunan nilai brake torque dan brake power yang signifikan karena peningkatan presentase mixing premium 10%. Hal ini disebabkan karena ethanol memiliki kandungan air yang menyebabkan kecepatan nyala api rendah sehingga durasi pembakaran

(27)

16

semakin lama pada putaran mesin rendah. Karena durasi pembakaran semakin lama maka tekanan pada ruang bakar menurun dan akhirnya menyebabkan nilai brake torque dan brake power juga menurun (Yuso et al., 2017).

25 50 75 100

0 1 2 3 4 5 6 7

Brake Torque (N.m)

Load (%) Putaran Mesin 2000 rpm

Premium E 5%

E 10%

E 15%

(28)

17

Gambar 4.1 Grafik pengaruh pembebanan dan mixing premium terhadap brake torque dan brake power pada variasi putaran mesin 2000 rpm

25 50 75 100

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4

Brake Power (kW)

Premium E 5%

E 10%

E 15%

25 50 75 100

0 1 2 3 4 5 6 7

Premium E 5%

E 10%

E 15%

(29)

18

25 50 75 100

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4

Brake Power (kW)

Premium E 5%

E 10%

E 15%

25 50 75 100

0 1 2 3 4 5 6 7

Premium E 5%

E 10%

E 15%

(30)

19

25 50 75 100

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4

Brake Power (kW)

Premium E 5%

E 10%

E 15%

25 50 75 100

0 1 2 3 4 5 6 7

Premium E 5%

E 10%

E 15%

(31)

20

25 50 75 100

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0

Brake Power (kW)

Premium E 5%

E 10%

E 15%

25 50 75 100

0 1 2 3 4 5 6 7

Premium E 5%

E 10%

E 15%

(32)

21

4.2 Pengaruh variasi pembebanan engine dengan mengggunakan presentase mixing premium terhadap brake spesific fuel consumption.

Pengaruh variasi pembebanan engine dengan menggunakan presentase mixing premium terhadap brake specific fuel consumption ditunjukkan pada Gambar 4.6, Gambar 4.7, Gambar 4.8, Gambar 4.9, dan Gambar 4.10. Hasil penelitian menunjukkan nilai brake specific fuel consumption menurun seiring dengan variasi peningkatan pembebanan engine terhadap semua presentase mixing premium. Sesuai dengan persamaan 2.3 Penurunan BSFC terjadi karena brake power yang dihasilkan oleh campuran bahan bakar semakin besar, begitu juga sebaliknya (Heywood, 1988).

Pada Gambar 4.9 putaran mesin 5000 rpm dengan pembebanan 25% terjadi penurunan nilai BSFC yang signifikan sebesar 36% pada presentase mixing premium 10%. Hal ini disebabkan karena nilai brake power pada kondisi tersebut mengalami peningkatan karena proses oksidasi, tekanan ruang bakar, dan kalor laten pada ethanol yang dapat meningkatkan suhu pada ruang bakar (Tang et al.,

25 50 75 100

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4

Brake Power (kW)

Premium E 5%

E 10%

E 15%

(33)

22

2020). Dengan adanya peningkatan suhu pada ruang bakar maka durasi pembakaran menjadi cepat dan nyala api tinggi sehingga proses pembakaran menjadi efektif dan menghasilkan brake power yang tinggi serta nilai BSFC yang semakin efisien atau menurun (Hasan et al., 2018). Tetapi hal ini tidak terjadi pada putaran mesin 2000 rpm dengan pembebanan 25% seperti pada Gambar 4.6, dimana terjadi peningkatan nilai BSFC yang signifikan pada presentase mixing premium 10% dibandingkan dengan presentase mixing premium yang lainnya. Hal ini disebabkan karena nilai kalor mixing premium lebih rendah daripada premium seiring dengan meningkatnya presentase mixing premium yang berakibat dari meningkatnya durasi pembakaran yang menyebabkan nyala api rendah sehingga nilai brake power menurun yang diikuti dengan meningkatnya nilai BSFC atau tidak optimal (Yuso et al., 2017).

Gambar 4.6 Grafik pengaruh pembebanan dan mixing premium terhadap brake spesific fuel consumption pada variasi putaran mesin 2000 rpm

25 50 75 100

0 1 2 3 4 5

Brake Spesific Fuel Consumption (kg/kW.h)

Load (%)

Putaran Mesin 2000 rpm Premium

E 5%

E 10%

E 15%

(34)

23

25 50 75 100

0 1 2 3 4 5

Brake Spesific Fuel Consumption (kg/kW.h)

Load (%)

E 5%

E 10%

E 15%

25 50 75 100

0 1 2 3 4 5

Load (%)

E 5%

E 10%

E 15%

(35)

24

25 50 75 100

0 1 2 3 4 5

Load (%)

E 5%

E 10%

E 15%

25 50 75 100

0 1 2 3 4 5

Load (%)

E 5%

E 10%

E 15%

(36)

25

4.3 Pengaruh variasi pembebanan engine dengan menggunakan presentase mixing premium terhadap brake thermal efficiency .

Pengaruh variasi pembebanan engine dengan presentase mixing premium terhadap brake thermal efficiency ditunjukkan pada Gambar 4.11, Gambar 4.12, Gambar 4.13, Gambar 4.14, dan Gambar 4.15. Hasil penelitian menunjukkan nilai brake thermal efficiency meningkat seiring dengan peningkatan pembebanan terhadap semua presentase mixing premium. Sesuai dengan persamaan 2.4 jika nilai kalor bahan bakar semakin besar untuk menghasilkan brake power maka nilai brake thermal efficiency semakin meningkat (Heywood, 1988).

Pada Gambar 4.12 putaran mesin 3000 rpm dengan pembebanan 100%

mengalami peningkatan nilai brake thermal efficiency yang signifikan sebesar 27%

pada presentase mixing premium 15% dibandingkan dengan mixing premium yang lainnya. Hal ini disebabkan karena panas laten penguapan ethanol yang lebih tinggi dan menyerap lebih banyak panas saat penguapan selama langkah kompresi sehingga usaha yang diperlukan untuk langkah kompresi lebih efisien, dengan demikian meningkatkan temperature dan penguapan bahan bakar setelah homogen campuran tercapai yang menunjukkan efisiensi campuran premium dan pembakaran pada mesin menjadi optimal. Dengan hal ini nilai brake thermal efficiency mengalami peningkatan (Yuso et al., 2017)(Nuthan Prasad et al., 2020).

Tetapi hal ini tidak terjadi pada putaran mesin 2000 rpm dengan pembebanan 50%

seperti pada Gambar 4.11, terjadi penurunan nilai brake thermal efficiency yang signifikan pada presentase mixing premium 10%. Hal ini disebabkan karena kehilangan panas yang menghambat peningkatan suhu dan tekanan campuran premium dengan udara pada ruang bakar saat putaran rendah yang berakibat menurunnya efisiensi pembakaran pada akhir langkah kompresi dan menghasilkan output kerja lebih sedikit per siklusnya sehingga menghasilkan brake thermal efficiency yang lebih rendah atau tidak efisien (Singh et al., 2015)(Nuthan Prasad et al., 2020).

(37)

26

Gambar 4.11 Grafik pengaruh pembebanan dan mixing premium terhadap brake thermal efficiency pada variasi putaran mesin 2000 rpm

25 50 75 100

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Brake Thermal Efficiency (%)

Premium E 5%

E 10%

E 15%

25 50 75 100

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Premium E 5%

E 10%

E 15%

(38)

27

25 50 75 100

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Premium E 5%

E 10%

E 15%

25 50 75 100

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Premium E 5%

E 10%

E 15%

(39)

28

25 50 75 100

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Brake Thermal Efficiency (%)

Premium E 5%

E 10%

E 15%

(40)

29 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan analisis yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan dengan tujuan penelitian yang ingin dicapai sebagai berikut:

1. Terjadi peningkatan nilai brake torque dan brake power yang signifikan sebesar 36% akibat dari penambahan ethanol pada premium ssat putaran mesin 5000 rpm dengan mixing premium 10% dan pembebanan 75%.

2. Dengan mixing premium 10% dan pembebanan 25% pada putaran mesin 5000 rpm terjadi penurunan nilai brake specific fuel consumption yang signifikan sebesar 36% akibat dari penambahan ethanol pada premium.

3. Nilai brake thermal efficiency mengalami peningkatan yang signifikan sebesar 27% akibat penambahan ethanol pada premium saat putaran mesin 3000 rpm dengan mixing premium 15% dan pembebanan 100%.

5.2 Saran

Dari penelitian yang sudah dilakukan ada beberapa hal yang perlu diperbaiki yaitu:

1. Penelitian ini dapat dikembangkan lagi dengan penambahan EGR (Exhaust Gas Resirculation) cold dan hot.

2. Penelitian ini dapat dikembangkan lagi dengan penambahan variasi rasio kompresi pada ruang bakar serta perbandingan bahan bakar.

(41)

30

DAFTAR PUSTAKA

Agrariksa, F. A., Susilo, B., & Nugroho, A. (2013). Uji Performansi Motor bakar Bensin ( On Chassis ) Menggunakan Campuran Premium dan Etanol Performance Test of Premium Engine ( On Chassis ) by Use Mixed Premium and Ethanol. 1(3), 194–203.

Drs, B., Maksum, H., & Drs, B. (2013). Pengaruh Penggunaan Campuran Bahan Bakar Premium - Etanol Terhadap Konsumsi Bahan Bakar dan Emisi Gas Buang Pada Motor Bensin Empat Langkah 2013. 2.

Handayani, S. utami. (2007). Pemanfaatan_Bio_Ethanol.pdf (pp. 99–102).

Haryadi, G. D. (2006). Pengujian Campuran Bahan Bakar Premium – Methanol Pada Mesin Sepeda Motor 4 Langkah Pengaruh Terhadap Emisi Gas Buang.

Pengujian Campuran Bahan Bakar Premium - Methanol Pada Mesin Sepeda Motor 4 Langkah Pengaruh Terhadap Emisi Gas Buang, 8(2), 19–29.

https://doi.org/10.14710/rotasi.8.2.19-29

Hasan, A. O., Al-Rawashdeh, H., Al-Muhtaseb, A. H., Abu-jrai, A., Ahmad, R., &

Zeaiter, J. (2018). Impact of changing combustion chamber geometry on emissions, and combustion characteristics of a single cylinder SI (spark ignition) engine fueled with ethanol/premium blends. Fuel, 231(March), 197–

203. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.05.045

Jayanti, N. E., Hakam, M., & Santiasih, I. (2014). Emisi Gas Carbon Monooksida (Co) Dan Hidrocarbon (Hc) Pada Rekayasa Jumlah Blade Turbo Ventilator Sepeda Motor “Supra X 125 Tahun 2006.” Rotasi, 16(2), 1.

https://doi.org/10.14710/rotasi.16.2.1-5

Lewerissa, Y. J. (2011). Pengaruh Campuran Bahan Bakar Bensin Dan Etanol Terhadap Prestasi Mesin Bensin. Arika, 05(2), 137–146.

https://www.researchgate.net/profile/Sri_Dewi6/publication/301821078_Tek nologi_Membran_dalam_Produksi_Bioetanol/links/5729c9f308aef5d48d2f4 b41/Teknologi-Membran-dalam-Produksi-Bioetanol.pdf

Novendri, Y. (2018). Pengaruh Penambahan Aditif Etanol Pada Bensin RON 88 dan RON 92 terhadap Prestasi Mesin. Jurnal Konversi Energi Dan

(42)

31 Manufaktur UNJ, 1(April), 33–39.

Nuthan Prasad, B. S., Pandey, J. K., & Kumar, G. N. (2020). Impact of changing compression ratio on engine characteristics of an SI engine fueled with equi- volume blend of methanol and premium. Energy, 191, 116605.

https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.116605

Sarjono, putra. (2013). Studi Eksperimen Pengaruh Campuran Bahan Bakar Premium dengan Bioetanol Nira Siwalan terhadap Performa Motor 4 Langkah.

Majalah Ilmiah STTR Cepu, 1–11.

Singh, S. B., Dhar, A., & Agarwal, A. K. (2015). Technical feasibility study of butanol-premium blends for powering medium-duty transportation spark ignition engine. Renewable Energy, 76, 706–716.

https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.11.095

Tang, Q., Jiang, P., Peng, C., Chang, H., & Zhao, Z. (2020). Comparison and analysis of the effects of spark timing and lambda on a high-speed spark ignition engine fuelled with n-butanol/premium blends. Fuel, October, 119505. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119505

Wiratmaja, I. (2010). Analisa Unjuk Kerja Motor Bensin Akibat Pemakaian Biopremium. Jurusan Teknik Mesin. Universitas Udayana. Bali. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin, 4(1), 16–25.

Yuso, M. N. A. M., Zulki, N. W. M., Masjuki, H. H., Harith, M. H., Syahir, A. Z., Kalam, M. A., Mansor, M. F., Azham, A., & Khuong, L. S. (2017).

Performance and emission characteristics of a spark ignition engine fuelled with butanol isomer-premium blends. 57, 23–38.

https://doi.org/10.1016/j.trd.2017.09.004

Zapata-Mina, J., Restrepo, A., Romero, C., & Quintero, H. (2020). Exergy analysis of a diesel engine converted to spark ignition operating with diesel, ethanol, and premium/ethanol blends. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 42(June), 100803. https://doi.org/10.1016/j.seta.2020.100803

(43)

32 LAMPIRAN

Lampiran 1.

Perhitungan kenaikan data brake torque yang signifikan pada putaran mesin 5000 rpm dengan mixing premium 10% dan pembebanan 75%.

𝑇_!"#= (𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖_!"#− 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖%&'"()*)

𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖%&'"()* × 100%

𝑇_!"#= (2,4323 − 1,7771)

1,7771 × 100%

𝑇_!"# = 36,87%

Lampiran 2.

Perhitungan kenaikan data brake power yang signifikan pada putaran mesin 5000 rpm dengan mixing premium 10% dan pembebanan 75%.

𝑃_!"# =(𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖_!"#− 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖%&'"()*)

𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖%&'"()* × 100%

𝑃_!"# =(0,930016 − 1,272904)

1,272904 × 100%

𝑃_!"# = 36,87%

Lampiran 3.

Perhitungan penurunan data brake specific fuel consumption yang signifikan pada putaran mesin 5000 rpm dengan mixing premium 10% dan pembebanan 25%.

𝐵𝑆𝐹𝐶_!"#= (𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖_!"# − 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖%&'"()*)

𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖%&'"()* × 100%

𝐵𝑆𝐹𝐶_!"#= (0,85422 − 1,341631)

1,341631 × 100%

𝐵𝑆𝐹𝐶_!"#= 36,33%

(44)

33 Lampiran 4.

Perhitungan kenaikan data brake thermal efficiency yang signifikan pada putaran mesin 3000 rpm dengan mixing premium 15% dan pembebanan 100%.

𝐵𝑇𝐸_!"#=(𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖_!"# − 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖%&'"()*)

𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖%&'"()* × 100%

𝐵𝑇𝐸_!"#=32,50586 − 25,48063)

25,48063 × 100%