ABSTRAK Nama Program studi Judul
: I Made Sumaryanta : Teknik Mesin : Perubahan rasio kompresi pada sudut 0o aliran masuk bahan bakar terhadap unjuk kerja mesin 110cc transmisi otomatis dengan bahan bakar campuran pertamax plus dan pertalite Dosen pembimbing I : Dr.Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg Dosen pembimbing II: I Gusti Ketut Sukadana, ST., MT Sepeda motor merupakan motor pembakaran dalam yang membutuhkan unjuk kerja mesin yang maksimal dan konsumsi bahan bakar yang hemat. Untuk meningkatkan unjuk kerja mesin sepeda motor dilakukan dengan berbagai cara salah satunya dengan menaikkan rasio kompresi dan kualitas bahan bakar. Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh rasio kompresi dan variasi bahan bakar dengan sudut 0o aliran masuk bahan bakar terhadap unjuk kerja mesin 110cc transmisi otomatis. Pengujian dilakukan pada motor empat langkah dengan kapasitas mesin 110 cc, variasi rasio kompresi 9.2 : 1, 9.7 : 1 memvariasikan bahan bakar pertamax plus, pertalite dan campuran 50% pertmax plus 50% pertalite serta memvariasikan putaran mesin pada 5000 rpm, 6000 rpm, 7000 rpm, 8000 rpm, dan 9000 rpm. Bahan bakar yang diuji tidak berpengaruh pada unjuk kerja pada rasio kompresi yang tinggi. Torsi yang tertinggi adalah rasio kompresi 9.7:1 bahan bakar pertamax plus dengan nilai Torsi tertinggi dengan nilai 10.99 N.m pada putaran mesin 5000 rpm. Daya yang tertinggi adalah rasio kompresi 9.7:1 bahan bakar pertamax plus dengan nilai 6.16 kW pada putaran mesin 5000 rpm. Dari 2 pilihan bahan bakar yang diuji untuk rasio kompresi 9.2 : 1 bahan bakar pertalite yang baik dibandingkan pertamax plus, penelitian yang dilakukan dengan variasi bahan bakar dan rasio kompresi 9.7 : 1, bahan bakar pertamax plus menghasilkan SFC yang irit.
Kata kunci : Rasio Kompresi, Bahan Bakar, Unjuk Kerja
ABSTRACT Name : I Made Sumaryanta The program of study : Mechanical Engineering Title : Change the compression ratio at an angle of 0 ° inflow of fuel to the engine performance 110cc automatic transmission with the fuel mixture pertamax plus and pertalite Supervisor I : Dr.Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg Supervisor II : I Gusti Ketut Sukadana, ST., MT Motorcycle is a combustion engine which requires maximum engine performance and fuel consumption is frugal. To enhance the performance of the bike is done in various ways either by raising the compression ratio and fuel quality. The aim of this research was to determine the effect of compression ratio and fuel variation with angle of 0 ° inflow of fuel to the engine performance 110cc automatic transmission. Tests carried out on motor four stroke with engine capacity of 110 cc, the variation in compression ratio of 9.2: 1, 9.7: 1 varying fuel pertamax plus, pertalite and a mixture of 50% pertmax plus 50% pertalite and vary the engine speed at 5000 rpm, 6000 rpm, 7000 rpm, 8000 rpm and 9000 rpm. The fuels being tested have no effect on performance at a high compression ratio. The highest torque is a compression ratio of 9.7: 1 fuel pertamax plus with the highest torque value with the value of 10.99 N.m at engine speed of 5000 rpm. The highest power is the compression ratio of 9.7: 1 fuel pertamax plus the value of 6.16 kW at engine speed of 5000 rpm. Of 2 selection fuels being tested for compression ratio of 9.2: 1 fuel pertalite nice compared pertamax plus, research conducted by the variation of the fuel and the compression ratio of 9.7: 1, the fuel pertamax plus SFC is economical to produce. Keywords: Compression Ratio, Fuel, Performance
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, Karena atas berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Perubahan Rasio Kompresi Pada Sudut 0o Aliran Masuk Bahan Bakar Terhadap Unjuk Kerja Mesin 110cc Transmisi Otomatis Dengan Bahan Bakar Pertamax Plus Dan Pertalite” Dalam penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Dr. Ir. Ketut Gede Sugita, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. 2. Bapak Dr. Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg, selaku Dosen Pembimbing I dalam penulisan proposal skripsi ini. 3. Bapak I Gusti Ketut Sukadana, ST., MT, selaku pembimbing II dalam penulisan proposal skripsi ini. 4. Prof. I Nyoman Suprapta Winaya, ST. MASc. PhD, selaku Dosen Pembimbing Akademik. 5. Bapak Ketut Astawa, ST, MT, selaku Koordinator Skripsi. 6. Seluruh staf dosen dan staf pegawai Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. 7. Keluarga yang selalu mendukung dan membantu dalam perkuliahan hingga penyusunan skripsi. 8. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan dukungan moral dan spiritual dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan skripsi ini. Denpasar, Penulis
v
Desember 2016
DAFTAR ISI
Halaman LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................................. i LEMBAR PERSETUJUAN ........................................................................................... ii ABSTRAK .......................................................................................................................iii ABSTRCT........................................................................................................................ iv KATA PENGANTAR ..................................................................................................... v DAFTAR ISI .................................................................................................................. vi DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................... ix DAFTAR TABEL .......................................................................................................... xi
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ...................................................................................................... 1 1.2 Permasalahan ........................................................................................................ 3 1.3 Batasan Masalah ................................................................................................... 4 1.4 Tujuan Penelitian .................................................................................................. 4 1.5 Manfaat Penelitian ................................................................................................ 4
BAB II LANDASAN TEORI ......................................................................................... 5 2.1 Motor Bakar .......................................................................................................... 5 2.2 Bahan Bakar .......................................................................................................... 5 2.2.1 Nilai kalor .............................................................................................. 6 2.2.2 Bahan bakar bensin .............................................................................. 7 2.2.3 Pertamax plus ....................................................................................... 7 2.2.4 Pertalite ................................................................................................. 8 2.3 Detonasi (Knocking) ........................................................................................ 11 2.3.1
Suhu .................................................................................................. 11
vi
2.3.2
Angka oktan bahan bakar ................................................................. 12
2.3.3
Perbandingan kompresi ..................................................................... 12
2.3.4
Waktu pembakaran ........................................................................... 15
2.4 Karburator .......................................................................................................... 15 2.5 Intake Manifold ................................................................................................... 15 2.6 Inlate Port ........................................................................................................... 16 2.7 Kepala Silinder ................................................................................................... 17 2.8 Prinsip Kerja Motor Empat Langkah .................................................................. 18 2.8.1
Langkah hisap ..................................................................................... 18
2.8.2
Langkah kompresi ............................................................................... 19
2.8.3
Langkah kerja ..................................................................................... 19
2.8.4
Langkah buang .................................................................................... 20
2.9 P-V Dan T-S Diagram Siklus Otto Ideal ............................................................ 20 2.10 Unjuk Kerja Motor Bensin ............................................................................... 21 2.10.1 Torsi mesin ......................................................................................... 21 2.10.2 Daya poros efektif ............................................................................... 22 2.11 Konsumai bahan bakar ...................................................................................... 22 2.12 Konsumai bahan bakar spesifik ........................................................................ 23
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................................. 24 3.1 Metode Penelitian ............................................................................................... 24 3.2 Tempat ................................................................................................................ 24 3.3 Variabel Penelitian .............................................................................................. 24 3.3.1
Variabel Bebas ........................................................................................ 24
3.3.2
Variabel Terikat ...................................................................................... 25
3.4 Alat dan Bahan .................................................................................................... 25 3.5 Diagram Aliran Pengujian .................................................................................. 31 3.6 Langkah Penelitian ............................................................................................. 32 3.6.1
Persiapan ................................................................................................. 32
3.6.2
Pengujian ................................................................................................ 34
vii
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................................... 38 4.1 Data Hasil Penelitian .......................................................................................... 38 4.1.1 Data Penelitian Torsi .................................................................................. 38 4.1.2 Data Penelitian Daya .................................................................................. 39 4.1.3 Data Konsumsi Bahan Bakar...................................................................... 40 4.2 Pengolahan data ................................................................................................... 41 4.2.1 Data Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar.................................................. 41 4.2.2 Data Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)......................... 41 4.3 Pembahasan ......................................................................................................... 44 4.3.1 Grafik Hasil Pengujian................................................................................ 44 4.3.2 Grafik Hasil Pengujian Torsi (N.m) ........................................................... 44 4.3.3 Grafik Hasil Pengujian Daya (kW)............................................................. 47 4.3.4 Grafik Hasil Pengujian konsumsi bahan bakar (gr/dt) .............................. 50 4.3.5 Grafik Hasil Perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kW.jam).... 53
BAB V PENUTUP ....................................................................................................... 56 5.1 Kesimpulan ......................................................................................................... 56 5.2 Saran ................................................................................................................... 56 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................ 57 LAMPIRAN ............................................................................................................................. 59 PERNYATAAN ...................................................................................................................... 59
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Detonasi (Knocking) .................................................................................... 11 Gambar 2.2 Perbandingan Kompresi............................................................................... 13 Gambar 2.3 aliran swirl dan tumble ................................................................................ 16 Gambar 2.4 aliran squish dan swirl ................................................................................. 17 Gambar 2.5 Langkah Hisap ............................................................................................ 18 Gambar 2.6 Langkah Kompresi ...................................................................................... 19 Gambar 2.7 Langkah Kerja ............................................................................................. 19 Gambar 2.8 Langkah Buang ........................................................................................... 20 Gambar 2.9 P-V Dan T-S Diagram Siklus Otto Motor Bensin Empat Langkah ............ 21 Gambar 3.1 Sepeda Motor Honda Beat .......................................................................... 25 Gambar 3.2 Bahan Bakar ................................................................................................ 26 Gambar 3.3 Techometer ................................................................................................. 26 Gambar 3.4 Buret/Gelas Ukur ......................................................................................... 27 Gambar 3.5 Compression Tester ..................................................................................... 27 Gambar 3.6 Stopwatch..................................................................................................... 28 Gambar 3.7 Tool Kit Set ................................................................................................. 28 Gambar 3.8 Chassis Dynamometer ................................................................................. 29 Gambar 3.9 Block Silinder .............................................................................................. 29 Gambar 3.10 Kepala Silinder Modifikasi 0o ................................................................... 30 Gambar 3.11 Diagram Aliran Pengujian ........................................................................ 31 Gambar 3.12 Kepala silinder sudut 0o ............................................................................. 32 Gambar 3.13 Block Silinder ........................................................................................... 32 Gambar 3.14 Mengecek Alat Ukur Tachometer.............................................................. 33 Gambar 3.15 Pengecekan Sepeda Motor......................................................................... 33 Gambar 3.16 Pemasangan Alat Ukur .............................................................................. 34
ix
Gambar 4.1 Putaran Mesin Terhadap Torsi Pada Rasio Kompresi 9.2 : 1 Sudut 0 o Aliran Masuk Bahan Bakar ............................................................................................ 44 Gambar 4.2 Putaran Mesin Terhadap Torsi Pada Rasio Kompresi 9.7 : 1 Sudut 0 o Aliran Masuk Bahan Bakar............................................................................................. 45 Gambar 4.3 Putaran Mesin Terhadap Torsi Pada Rasio Kompresi 9.2 : 1 Dan 9.7 : 1 Sudut 0o Aliran Masuk Bahan Bakar ............................................................................ 46 Gambar 4.4 Putaran Mesin Terhadap Daya Pada Rasio Kompresi 9.2 : 1 Sudut 0 o Aliran Masuk Bahan Bakar............................................................................................. 47 Gambar 4.5 Putaran Mesin Terhadap Daya Pada Rasio Kompresi 9.7 : 1 Sudut 0o Aliran Masuk Bahan Bakar............................................................................................. 48 Gambar 4.6 Putaran Mesin Terhadap Daya Pada Rasio Kompresi 9.2 : 1 Dan Kompresi 9.7 : 1 Sudut 0o Aliran Masuk Bahan Bakar ..................................................................49 Gambar 4.7 Putaran Mesin Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Pada Rasio Kompresi 9.2 : 1 Sudut 0o Aliran Masuk Bahan Bakar ................................................................. 50 Gambar 4.8 Putaran Mesin Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Pada Rasio Kompresi 9.7 : 1 Sudut 0o Aliran Masuk Bahan Bakar .................................................................. 51 Gambar 4.9 Putaran Mesin Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Pada Rasio Kompresi 9.2 : 1 Dan 9.7 : 1 Sudut 0o Aliran Masuk Bahan Bakar ............................................... 52 Gambar 4.10 Putaran Mesin Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Pada Rasio Kompresi 9.2 : 1 Sudut 0o Aliran Masuk Bahan Bakar ................................................ 53 Gambar 4.11 Putaran Mesin Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Pada Rasio Kompresi 9.7 : 1 Sudut 0o Aliran Masuk Bahan Bakar ................................................ 54 Gambar 4.12 Putaran Mesin Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Pada Rasio Kompresi 9.2 : 1 Dan 9.7 : 1 Sudut 0o Aliran Masuk Bahan Bakar............................... 55
x
DAFTAR TABEL
Table 2.1 Spesifikasi Pertamax Plus ................................................................................. 8 Table 2.2 Spesifikasi Pertalite ........................................................................................ 10 Table 4.1 Data Penelitian Torsi ...................................................................................... 38 Table 4.2 Data Penelitian Daya ....................................................................................... 39 Table 4.3 Data Konsumsi Bahan Bakar Setiap 60 Detik ................................................ 40 Table 4.4 Data Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar ..................................................... 42 Table 4.5 Data Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC).............................. 43
xi
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Modifikasi bidang otomotif akhir-akhir ini mengalami perkembangan yang sangat pesat dan beragam, hampir semua sistem dalam teknologi otomotif baik sepeda motor maupun mobil mengalami sentuhan modifikasi. Modifikasi otomotif yang dilakukan bertujuan untuk mendapatkan unjuk kerja yang lebih baik dari sebuah sistem kerja otomotif. Merubah atau memodifikasi dilakukan dengan menggunakan sistem kerja mesin yang standar pabrikan, dari komponen mesin yang standar dengan merubah spesifikasi komponen atau pun dengan cara memberi komponen tambahan. Modifikasi bidang otomotif merupakan tantangan bagi para modifikator untuk meningkatkan performance mesin, maka untuk melakukan modifikasi otomotif dibutuhkan pengetahuan dasar tentang sistem kerja yang mendalam dan kreatifitas yang tinggi mengenai sepeda motor. Sepeda motor dikenal dengan motor pembakaran dalam. Mesin ini memanfaatkan fluida kerja/gas panas hasil pembakaran secara langsung untuk menghasilkan usaha. Pembakaran dari campuran udara dan bahan bakar di dalam silinder menghasilkan tekanan tinggi sehingga torak bergerak dari TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati bawah) untuk menghasilkan usaha. Perkembangan mesinmesin saat ini banyak dilakukan meningkatkan kompresi rasio. Dimana semakin tinggi kompresi dan volume sisa semakin kecil maka tekanan akan semakin besar dan temperatur semakin tinggi kemungkinan unjuk kerja motor akan semakin tinggi. Berbagai modifikasi dilakukan orang untuk meningkatkan unjuk kerja mesin. Untuk mendapatkan unjuk kerja mesin yang maksimal maka diperlukan rasio kompersi yang tinggi, campuran udara-bahan bakar yang sempurna, dan waktu pengapian yang tepat. Kendaraan saat ini banyak menggunakan mesin dengan rasio kompresi yang tinggi, mesin dibuat dengan rasio kompresi tinggi bertujuan untuk meningkatkan efisiensi (irit bahan bakar) dan menurunkan kadar emisi. Rasio kompresi yang terlalu tinggi akan menyebabkan detonasi pada ruang pembakaran. Akibatnya, campuran bahan bakar yang belum terbakar temperatur menjadi
2
meningkat sehingga melewati temperatur untuk menyala sendiri. Dengan demikian diperlukan rasio komporesi yang sesuai kebutuhan bahan bakar. Seperti berbagai jenis motor saat ini dengan kebutuhan bahan bakar sesuai rasio kompresi. Kompresi mesin harus seimbang dengan kandungan bahan bakar yang digunakan, agar mesin motor menjadi lebih awet dan pemakain bahan bakar akan bisa menjadi lebih irit. Jika kompresi mesin tinggi memakai bensin beroktan rendah dalam jangka panjang, maka mesin akan menjadi rusak, seperti piston yang nantinya akan rusak, mesin akan tidak bertenaga/unjuk kerja mesin berkurang. Untuk menghindari hal tersebut maka harus menggunakan bensin yang seimbang dengan rasio kompresi mesin motor. Pada penelitian kaji eksperimen perbandingan penggunaan bahan bakar premium dan pertamax terhadap unjuk kerja mesin pada sepeda motor suzuki thunder tipe en-125, menunjukkan bahwa penggunaan pertamax tidak mampu meningkatkan unjuk kerja mesin yang mempunyai spesifikasi pabrik yang berbahan bakar premium. Torsi yang dihasilkan oleh bahan bakar premium lebih tinggi dari pada yang dihasilkan oleh bahan bakar pertamax. Daya tertinggi yang dihasilkan oleh
premium dan pertamax besarnya sama, yaitu : 10.85 HP dan juga pada putaran mesin yang sama yaitu : 10000 rpm. Hal ini berarti bahwa penggunan jenis bahan bakar pertamax pada sepeda motor suzuki thunder tipe EN-125 dengan kondisi mesin standart tidak memberikan peningkatan daya yang signifikan (Sururi 2010). Bahan bakar memegang peran yang sangat penting dalam motor bakar, nilai kalor yang terkandung didalamnya adalah nilai yang menyatakan jumlah energi panas maksimum yang dibebaskan oleh suatu bahan bakar melalui reaksi pembakaran sempurna persatuan massa atau volume bahan bakar. Pengujian dan analisis data dari performansi mesin sepeda motor satu silinder berbahan bakar premium dan pertamax plus dengan modifikasi rasio kompresi. Hasil yang didapatkan adalah Effisiensi terbaik dari mesin diperoleh pada saat sebelum modifikasi rasio kompresi pada kecepatan 30 km/jam beban 60 kg menggunakan bahan bakar premium dimana konsumsi bahan bakar spesifik 224,28 gr/kWh dan effisiensi termalnya mencapai 37,27% (Simanungkalit 2013). Pembakaran yang sempurna sangat tergantung dari kualitas bahan bakar, udara, suhu, perbandingan udara bahan bakar (AFR), homogen campuran, dan alat pembakaran. Kualitas bahan bakar dipengaruhi oleh nilai oktan dari bahan bakar
3
tersebut, dengan demikian semakin tinggi nilai oktan suatu bahan bakar, maka bahan bakar tersebut akan lebih lambat terbakar dikarenakan titik bakarnya lebih tinggi dan selain itu bahan bakar bernilai oktan tinggi juga susah menguap. Dengan demikian bahan bakar beroktan tinggi sangat perlu disesuaikan dengan rasio kompresi yang tinggi. Modifikasi perubahan sudut aliran masuk bahan bakar bertujuan untuk memaksimalkan campuran udara-bahan bakar yang masuk ke ruang bakar. Hasil pengujian menunjukkan, Daya yang dihasilkan kepala silinder dengan sudut 00 dengan nilai 8,6 HP pada putaran mesin 6000 rpm. Menghasilkan Torsi dengan nilai 0,94 N.m pada putaran mesin 5000 rpm. Pada penggunaan kepala silinder dengan sudut 00 memiliki nilai BSFC terkecil, masing-masing sebesar 0,082 Kg/HP.Jam pada putaran 5000 rpm, 0,094 Kg/HP.Jam pada putaran 6000 rpm, 0,13 Kg/HP.Jam pada putaran 7000 rpm, 0,176 Kg/HP.jam pada putaran 8000 rpm, 0,217 Kg/HP.Jam pada putaran 9000 rpm, Dan 0,358 Kg/HP.Jam pada Putaran 10000 rpm (Aryawan 2015). Berdasarkan latar belakang diatas dilakukan penelitian unjuk kerja mesin akibat perubahan sudut aliran bahan bakar 0o pada rasio kompresi berbeda dan bahan bakar yang mempunyai karakteristik berbeda.
1.2 Permasalahan Permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini adalah bagaimana perubahan unjuk kerja mesin 110cc transmisi otomatis pada sudut 0o aliran masuk bahan bakar akibat perubahan rasio kompresi dan bahan bakar yang berbeda.
1.3 Batasan Masalah Agar pembahasan yang dilakukan menjadi lebih jelas maka diberikan batasan masalah dalam penelitian ini yaitu : 1. Pengujian menggunakan sepeda motor tahun 2010, berkapasitas 110cc, dengan transmisi otomatis, sudut aliran masuk bahan bakar menggunakan sudut 0º 2. Bahan bakar yang digunakan adalah pertamax plus dibandingkan dengan pertalite
4
3. Pergantian bahan bakar dipastikan karburator dalam keadaan bersih 4. Rasio kompresi yang diuji adalah 9,2 : 1, dan 9,7 : 1 5. Pengujian daya, torsi, konsumsi bahan bakar, dan SFC dilakukan pada putaran mesin, 5000, 6000, 7000, 8000, 9000 rpm. 6. Pengujian berlangsung dalam kondisi kendaraan tidak bergerak (pada daynometer)
1.4 Tujuan Penelitian Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh rasio kompresi dan variasi bahan bakar dengan sudut 0o aliran masuk bahan bakar terhadap unjuk kerja mesin 110cc transmisi otomatis.
1.5 Manfaat Penelitian Adapun manfaat dari penelitian ini adalah : 1.
Data-data yang diperoleh dapat dijadikan pedoman untuk penelitian berikutnya.
2.
Tambahan informasi bagi para modifikator untuk ukuran kompresi dan penggunaan bahan bakar yang sesuai.
