ANALISIS VARIASI PANJANG KABEL BUSI TERHADAP PERFORMA MOTOR BAKAR 4 LANGKAH
PUBLIKASI ILMIAH Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik MesinFakultas Teknik
Oleh :
DA’IM IDRYS D 200 11 0095
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016
i
ii
iii
ANALISISVARIASI PANJANG KABEL BUSI TERHADAP PERFORMA MOTOR BAKAR 4 LANGKAH Da’imIdrys, SartonoPutro, Sunardi Wiyono Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura Email :
[email protected] ABSTRAK
Selain nilai oktan dan campuran udara dengan bahan bakar yang masuk kedalam ruang bakar, system pengapian juga memiliki pengaruh terhadap performa motor bensin 4 langkah. Salah satu komponen dalam system pengapian adalah koil yang memiliki fungsi menaikan tegangan yang diterima dari baterai menjadi tegangan yang lebih tinggi. Tegangan yang tinggi tersebut kemudian dihubungkan ke busi dengan sebuah kabel yang biasa disebut sebagai kabel busi. Pada kabel busi, besarnya hambatan berbanding lurus dengan panjang kabel. Semakin panjang kabel busi, hambatan yang terjadi semakin besar. Untukmenyikapihalini kabel busi yang digunakandibuat lebih pendek supaya hambatan berkurang.Pada penelitian ini koil yang digunakan adalah koil standar motor Yamaha Jupiter z merk Moric dengan kode 4 ST dengan panjang kabel busi 18 cm. Dalam pengujian, dilakukan variasi panjang kabel busi menjadi 3, yaitu dari panjang mula mula 18 cm menjadi 9 cm (50%) dan 4,5 cm (25 %).Hasil pengujian menunjukan performa motor bensin terbaik diperoleh dari penggunaan koil dengan panjang kabel busi 25 %. Dari pengujian didapatkan hasil torsi sebesar8,68 Nm pada 5000 rpm dan daya sebesar 8,0 Hp pada 7750 rpm serta hasil dari pengujian KBBS sebesar0.078 Kg/h.Hp.
Kata kunci : Koil, KabelBusi, Torsi, Daya, KBBS
ABSTRACT
Besides the octane number and the mixture of air and fuel which enter the combustion chamber, the ignition system also has an influence on the performance of 4 stroke SI engine. One of components in the ignition system is a coil which functions as increasing the voltage received from the battery into a higher voltage. The higher voltage is then connected to the spark-plug with a wire commonly known as the spark-plug wire. In the spark-plug wire, the amount of resistance is directly proportional tothe wire length. The longer the spark-plug wire, the more the resistance will be. To deal with this matter, the wire of the spark-plug which is 1
used is made shorter in order to reduce the resistance. In this research, the coil which was used was the standard coil of Yamaha Jupiter Z Motorcycle, Moric-brand with a code of 4 ST which used a spark-plug wire length of 18 cm. In the testing, a variation of spark-plug wire length was conducted into 3, that was from the previous length of 18 cm shortened into 9 cm (50%) and 4.5 cm (25%).The result of the testing revealed that the best performance of 4 stroke SI engine was obtained from the use of coil with a spark-plug wire length of 25%. From the testing, it was found the result of torque as much as 8.68 Nm on 5000 rpm and power as much as 8.0 Hp on 7750 rpm and the result of the testing of SFC as much as 0.078 Kg/h.Hp.
Keyword: Coil, Spark-Plug Wire, Torque, Power, SFC
1. PENDAHULUAN Mesin merupakan bagian yang paling penting pada kendaraan bermotor. Sebagai penggerak mula, performa yang bagus sangat dibutuhkan. Beberapa langkah modifikasi dilakukan untuk meningkatkan performa mesin dengan tujuan torsi dan daya meningkat serta konsumsi bahan bakar menjadi lebih efisien. Pada prinsip dasar motor bakar, energi panas diubah menjadi energi mekanik. Energi panas dihasilkan dari pembakaran campuran bahan bakar dan udara. Dalam hal ini, sempurnanya proses pembakaran sangat dipengaruhi oleh nilai oktan bahan bakar yang digunakan, campuran bahan bakar dan udara yang masuk kedalam ruang bakar, dan sistem pengapian yang baik supaya busi mampu menghasilkan percikan api yang besar. Koil dalam sistem pengapian memiliki fungsi menaikan tegangan yang diterima dari baterai menjadi tegangan yang lebih tinggi. Tegangan yang
tinggi tersebut kemudian
dihubungkan ke busi dengan sebuah kabel yang biasa disebut sebagai kabel busi. Pada kabel busi, besarnya hambatan berbanding lurus dengan panjang kabel. Semakin panjang kabel busi, hambatan yang terjadi semakin besar, sehingga kabel busi yang digunakan lebih pendek supaya hambatan berkurang. Jama dan Wagino (2008) berpendapat bahwa, “sistem pengapian pada motor bensin berfungsi mengatur proses pembakaran campuran bensin dan udara di dalam silinder sesuai waktu yang sudah ditentukan yaitu pada akhir langkah kompresi. Sistem pengapian ini sangat berpengaruh pada daya, torsi dan konsumsi bahan bakar yang dibangkitkan oleh mesin tersebut”.
2
Wijanarko dan Wailanduw ( 2014 ) melakukan penelitian pada system pengapian kendaraan bermotor dengan variasi penggunaan kabel tegangan tinggi terhadap daya hantar listrik. Dari penelitian tersebut diperoleh simpulan semakin kecil hambatan dari kawat semakin mudah dan besar pula tegangan yang mampu melalui kawat tersebut. Seperti pada kabel berinti tembaga dengan hambatan 0,8 ohm mampu menghantarkan 7887 volt , serat karbon 2,6 ohm menghantarkan 8057 volt, stainless stell 3,2 ohm menghantarkan 8013 volt danalumunium 0,6 ohm mampumenghantarkan 8603 volt. Anfarozi ( 2013) melakukan penelitian 4 jenis koil dengan variasi tegangan dan hambatan yaitu Koil 1 ( 0,5 Ω, 14.000 Volt), Koil 2 (0,3 Ω, 25.000 Volt), Koil 3 (0,1 Ω, 40.000 Volt) dan Koil 4 (0,5 Ω, 16.000 Volt). Dari hasil penelitiannya dapat diketahui bahwa koil dengan tegangan tertinggi dan hambatan terendah (Koil 3 dengan 40.000 Volt, 0,1 Ω) mampu menghasilkan daya dan torsi paling besaryaitudaya 10,9 Hp pada 6500 rpmdantorsi 13,12 pada 7000 rpm.
Gambar 1. Siklus ideal motor bakar 4 langkah. Dalam mesin 4 langkah, siklus bekerja dalam empat kali langkah piston atau dua kali putaran poros engkol ( crankshaft ). Masing – masing proses dari siklus tersebut adalah langkah hisap, langkah kompresi, langkah kerja dan langkah buang. Pada saat langkah kompresi, campuran bahan bakar dan udara di dalam silinder di tekan menuju combustion chamber (ruang bakar) yang mengakibatkan tekanan dalam ruang bakar meningkat. Namun sesaat sebelum akhir langkah kompresi, busi memercikan bunga api sehingga campuran bahan bakar dan udara terbakar sehingga menghasilkan ledakan di dalam ruang bakar. Hal tersebut mengakibatkan tekanan dalam ruang bakar meningkat lebih tinggi daripada tekanan saat sebelum busi memercikan bunga api. Tekanan yang sangat tinggi tersebut mendorong piston bergerak dari TMA ke TMB. Pada langkah ini terjadi konversi energi panas menjadi energi mekanik yang diteruskan ke crank shaft ( poros engkol ) sehingga menghasilkan daya.
3
Gambar 2. Langkah kompresi motor bakar 4 langkah. 1.1 Performa Motor Bakar 4 Langkah a. Torsi ( T ) Torsimerupakan gaya putar yang dihasilkan oleh poros mesin. Besarnya torsi ( T ) biasa dinyatakan dalam bentuk Nm ( Newton Meter ). T = F. r Dimana T = torsi ( Nm )
(1)
F = gaya ( N ) r = jari jari ( m ) b. Daya ( P ) Daya merupakan besarnya usaha yang dilakukan mesin per satuan waktu. Besarnya daya dinyatakan dalam Hp ( Horse Power ). P=T. Dimana : P = daya mesin ( HP )
(2)
= kecepatan sudut ( rad/s ) T = Torsi ( Nm ) c. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ( KBBS ) Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk melakukan pembakaran per satuan waktu ( jam ) untuk menghasilkan satu satuan daya ( Horse Power ). KBBS = Dimana : KBBS = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/jam/hp) kbb = konsumsi bahan bakar ( cc/menit ) ρb = massa jenis bahan bakar ( kg//m3 ) P = daya ( Hp )
4
(3)
1.2 Sistem Pengapian a. Sistem Pengapian Konvensional ( platina ) Platina merupakan salah satu komponen sistem pengapian yang berfungsi untuk memutus dan menghubungkan arus listrik yang mengalir menuju koil. Platina bekerja sebagai saklaryang menyalurkan listrik dari kumparan primer koil ke massa dan memutuskan aliran listrik tersebut untuk menghasilkan induksi tegangan tinggi. Pembukaan dan penutupan platina digerakkan oleh cam / nok pada interval waktu yang telah ditentukan.
Gambar 3. Skema cara kerja sistem pengapian platina b. Sistem Pengapian Elektronik ( CDI ) Sistem pengapian CDI (Capacitor Discharge Ignition) pada motor bensin terdapat dua jenis, yaitu sistem pengapian CDI
AC dan sistem pengapian CDI DC. Sistem
pengapian CDI AC merupakan sistem pengapian yang bersumber dari motor listrik yang mengalirkan listrik secara berurutan mulai dari CDI, koil kemudian ke busi. Sedangkan sistem pengapian DC adalah sebuah sistem pengapian yang bersumber dari baterai yang dialirkan menuju CDI. Fungsi dari CDI adalah sebagai pemutus arus yang diterima dari baterai kemudian disalurkan ke koil.
Gambar 4.Skema cara kerja sistem pengapian CDI c. Koil Pengapian Koil difungsikan sebagai pengubah arus tegangan rendah menjadi tegangan tinggi. Secara fisik koil dikontruksi mirip dengan trafo. Koil dibedakan menjadi beberapa jenis, yaitu :
5
i. Jenis Canister Koil jenis ini biasanya digunakan pada kendaraan yang masih menggunakan platina, memiliki inti besi yang dililit kumparan sekunder sementara kumparan primer berada pada sisi luar kumparan sekunder
Gambar 5. Koil Jenis Canister ii. Jenis Moulded Jenis Moulded merupakan jenis koil yang banyak dipakai pada kendaraan saat ini. Susunan kumparan koil jenis ini kebalikan dari susunan kumparan koil jenis Canister.
Gambar 6. Koil Jenis Moulded iii. Jenis Batang Pada koil jenis ini, koil menyatu dengan tutup busi sehingga tidak terdapat kabel busi dalam rangkaiannya. Hal tersebut memungkinkan hambatan yang terjadi menjadi lebih rendah.
Gambar 7. Koil jenis batang 1.3Hukum Ohm Pada dasarnya, sebuah rangkaian listrik terjadi ketika penghantar mampu dialiri elektron bebas secara terus menerus. Aliran tersebut yang disebut sebagai arus.Sama seperti aliran air dalam pipa, dibutuhkan gaya untuk mendorong elektron supaya dapat mengalir dalam sebuah rangkaian. Gaya tersebut yang disebut sebagai tegangan yang merupakan nilai dari potensial energi dari elektron yang bergerak dari titik yang satu ke titik yang lainnya. Elektron yang bergerak melalui konduktor mengalami gersekan atau gerak berlawanan sehingga menimbulkan hambatan. 6
+
V
I
I
R
_
Gambar 8. Rangkaian Hukum Ohm Hukum Ohm, “Kuat arus lirtrik dalam suatu beban listrik berbanding lurus dengan teganagan dan berbanding terbalik dengan hambatan”. (4) dimana : V = tegangan ( volt ) I = kuat arus ( Ampere ) R = hambatan ( Ohm ) (5) Dimana ρk = hambatan jenis kawat penghantar ( Ωm ) l= panjang kawat penghantar ( m ) A = luas penampang kawat penghantar ( m2 ) 2. METODE PENELITIAN
Gambar 9. Diagram alir penelitian 7
2.1 Alat dan Bahan 2.1.1 Alat – Alat Pengujian Alat –alat yang digunkan dalam pengujian adalah sebagai berikut:
Gambar 10.Yamaha Jupiter Z 1. Sepeda motor Yamaha Jupiter Z dengan spesifikasi sebagai berikut: a. Tipe mesin
: 4 langkah, SOHC , 2 valve
b. Jumlah silinder
: 1 silinder
c. Diameter × langkah
: 51.0 × 54.0 mm
d. Volume silinder
: 110.3 cc
e. Perbandingan kompresi
: 9.3 :1
f. Power maksimum
: 9.0 PS/8000 rpm
g. Torsi maksimum
: 9.2 Nm/5000 rpm
h. Sistem pengkabutan
: karburator Mikuni VM 17
i.
: pendingin udara
Sistem pendingin
2. Dinamometer dengan spesifikasi sebagai berikut:
Gambar 11.Dinamometer a. Merk
: Sportdyno V3.2 ( ISO 1585 )
b. Seri model
: SD325
c. Dimensi ( p× l × t )
:2110 × 1000 × 800 mm
d. Berat
:400 kg
e. Wheelbase
: 850 – 1850 mm
f. Daya maksimum
: 200 hp
g. Kecepatan maksimum: 300 km/h 8
h. Beban maksimum
: 450 kg
3. Multimeter
Gambar 12. Multimeter 4. Tachometer
Gambar 13. Tachometer 5. Stopwatch
Gambar 14. Stopwatch 6. Burret
Gambar 15. Buret 2.1.2 Bahan Pengujian Bahan yang digunakan untuk penelitian adalah koil standar dari motor Yamaha Jupiter Z dengan kode 4ST Moric yang memiliki panjang kabel busi 18 cm.
Gambar 16. Koil
9
2.2 Waktu dan Tempat Pengujian Hari/Tanggal
: Kamis, 18 Februari 2016
Pukul
: 10.00 WIB
Tempat
: Mototech Indonesia, Bantul, Yogyakarta
2.3 Langkah – Langkah Pengujian 1. Mempersiapkan semua alat dan bahan penelitian. 2. Receck kelengkapan mesin dynamometer. 3. Menaikan sepeda motor ke atas dynamometer. 4. Mengatur wheelbase pada dynamometer sesuai dengan wheelbase sepeda motor. 5. Mengikat sepeda motor dengan tie down.
Gambar 17. Persiapan motor sebelum uji di dinamometer. 6. Memposisikan panel dinamometer pada posisi “ ON “. 7. Mengukur hambatan dan tegangan pada kabel busi dengan panjang 100 % (18 cm). 8. Menghidupkan mesin dan memposisikan pada gigi tiga. 9. Mengatur putaran mesin pada putaran 4.000 rpm dan setelah putaran stabil handle gas dibuka full throttle.
Gambar 18. Proses pengujian sepeda motor di atas dynamometer. 10. Mengambil data berupa grafik dan tabel dari komputer. 11. Pengujian konsumsi bahan bakar.
Gambar 19. Pengujian konsumsi bahan bakar 10
12. Mengulangi pengujian dengan panjang kabel 50 % (9 cm) dan 25 % (4,5 cm). 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Dari pengujian tersebut diperoleh data sebagai berikut: Tabel 1. Hasil pengujian hambatan dan tegangan pada tiga variasi panjang kabel busi. Variabel
Hambatan (kΩ)
Tegangan (V)
Kabel 100%
8,5
31.740
Kabel 50%
8,3
31.970
Kabel 25%
8,0
32.000
1. Analisa perbandingan torsi yang dihasilkan motor dengan memvariasikan kabel busi adalah sebagai berikut : Tabel 2. Perbandingan torsi dari variasi tiga panjang kabel busi. Torsi
Variabel
Rpm
Kabel 100%
5.250
8,59
Kabel 50%
5.722
8,73
Kabel 25%
5.069
8,74
(Nm)
Gambar 20. Grafik perbandingan torsi dari variasi panjang tiga kabel busi.
11
Berdasarkan gambar 20, motor dengan koil standar yang menggunakan kabel busi 25 % menghasilkan torsi terbesar, yaitu 8,74 Nm pada 5.069 rpm. Hal in disebabkan karena koil dengan kabel busi 25 % menghasilkan tegangan tertinggi, yaitu 32.000 V. Tegangan yang besar mampu menghasilkan percikan api yang besar. Dikarenakan percikan api lebih besar, campuran bahan bakar dan udara dalam ruang bakar mampu terbakar sempurna sehingga mampu menghasilkan gaya yang besar. Semakin besar gaya, torsi yang dihasilkan semakin meningkat. 2. Analisa perbandingan daya yang dihasilkan motor dengan memvariasikan kabel busi adalah sebagai berikut : Tabel 4.3 Perbandingan daya dari variasi tiga panjang kabel busi. Variabel
Rpm
Daya (Hp)
Kabel 100%
7.476
8
Kabel 50%
7.458
8
Kabel 25%
7.827
8,1
Gambar 21. Grafik pebandingan daya dari variasi panjang tiga kabel busi. Berdasarkan gambar21, menunjukkan perbedaan daya yang dihasilkan dari pengujian motor menggunakan koil standar dengan memvariasikan kabel busi. Daya paling besar diperoleh dari motor yang menggunakan koil standar dengan panjang kabel busi 25 % yaitu 8,1 Hp pada 7.827 rpm. Besarnya daya yang dihasilkan berbanding lurus dengan besarnya torsi. Dalam pengujian motor yang menggunakan koil dengan panjang kabel busi 25 % pada rpm yang sama menghasilkan torsi paling tinggi yaitu 7,33 Nm.
12
3. Analisa perbandingan KBBS yang dihasilkan motor dengan memvariasikan kabel busi adalah sebagai berikut :
Tabel 4.4 Perbandingan KBBS dari variasi tiga panjang kabel busi. Variabel
Rpm
KBBS (Kg/h.Hp)
Kabel 100%
6.000
0.091
Kabel 50%
6.000
0.091
Kabel 25%
6.000
0.078
Gambar 22. Grafik pebandingan KBBS dari variasi panjang tiga kabel busi. Dari pengujian diperoleh data KBBS terendah didapat dari motor yang menggunakan koil dengan panjang kabel busi 25 % yaitu 0.078 Kg/h.Hp. Hal ini dikarenakan motor yang menggunakan koil dengan panjang kabel busi 25 % menghasilkan daya paling besar diantara motor yang menggunakan variasi panjang kabel busi lainnya. Karena semakin besar daya, KBBS semakin kecil. 4.
PENUTUP 4.1 Kesimpulan Dari hasil analisa pada bab sebelumnya maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Motor bensin 4 langkah yang memakai .kabel busi dengan panjang 25 % dari panjang kabel busi mula mula (4,5 cm) menghasilkan torsi paling besar yaitu 8,68 Nm pada 5000 rpm.
13
2.
Daya paling besar diperoleh dari motor bensin 4 langkah dengan penggunaan koil yang memiliki panjang kabel busi 25 % dari panjang kabel busi mula mula yaitu 8,0 Hp pada 7750 rpm.
3.
Motor bensin 4 langkah yang memakai .kabel busi dengan panjang 25 % dari panjang kabel busi mula mula menghasilkan KBBS paling rendah yaitu yaitu 0.078 Kg/h.Hp.
4.2 Saran Dari hasil pengujian yang telah dibahas dengan berbagai kekurangannya maka saran untuk penelitian selanjutnya adalah : 1. Saat pengujian torsi dan daya sebaiknya menggunakan sepeda motor dengan kondisi mesin yang masih normal karena pengambilan data tidak bisa dilakukan dalam sekali uji. 2.
Pada saat pengujian KBBS sebaiknya tachometer dan burret diletakkan saling berdekatan sehingga mempermudah pengawasan dalam pengambilan data.
DAFTAR PUSTAKA
Anfarozi, Kemal Faza.2013. Analisa Variasi Hambatan dan Tegangan Listrik Pada Koil Terhadap Unjuk Kerja Motor Bensin 4 Langkah. Universitas Jember. Jember. Ganesan, V.2003. Internal Combustion Engine second edition.New Delhi. Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited. Jama, Jalius dan Wagino. 2008. Teknik Sepeda Motor Jilid 1. Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah, Departemen Pendidikan Nasional. Pulkrabek, Willard W. 2004. Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine second edition. New Jersey. Upper Saddle River. Setyawan, Julianto. 2000. Peningkatan Unjuk Kerja Motor Bensin Empat Langkah dengan Penggunaan Busi Splitfire SF392D dan Kabel Busi Hurricane. Universitas Kristen Petra. Surabaya Wijanarko, SoffyantoPandu, 2014.Pengaruh Penggunaan Variant Kabel Tegangan Tinggi Terhadap Daya Hantar Listrik Pada Sistem Pengapian Kendaraan Bermotor, Universitas Negeri Surabaya. Surabaya. 14
