BAB III PROSEDUR PENGUJIAN
3.1. Diagram Alir Metodologi Pengujian
STUDI PUSTAKA
PERSIAPAN MESIN UJI RIMCO 100 CC
KALIBRASI
PEMERIKSAAN DAN
ALAT UKUR
PENGETESAN MESIN SERVIS MESIN UJI
KONDISI MESIN
tidak
DALAM KEADAAN BAIK
Ya PERSIAPAN PENGUJIAN
PELAKSANAAN PENGUJIAN BAHAN BAKAR
PENGOLAHAN DATA DAN PEMBAHASAN
KESIMPULAN
Gambar 3.1. Diagram alir metodologi pengujian.
34
3.2. Pengujian Prestasi Mesin Pengujian yang dilakukan dengan menggunakan mesin sepeda motor Rymco 100 cc dititikberatkan pada perbandingan prestasi mesinnya yang didapat melalui penggunaan bahan bakar Premium dan Methanol dengan variasi campuran. Variabel – variabel yang diukur meliputi torsi, daya poros, putaran mesin, konsumsi bahan bakar spesifik, serta perbandingan udara bahan bakar. Bahan bakar yang akan diujikan adalah menggunakan bahan bakar premium100% serta campuran Methanol dan Premium dengan perbandingan campuran 40% Methanol dan 60% Premium (M40), 50% Methanol dan 50% Premium(M50), 60% Methanol dan 40% Premium (M60). Dalam pengujian ini tentunya menemui berbagai macam kendala dikarenakan keterbatasan beberapa faktor penunjang sehingga mempengaruhi ketelitian hasil penelitian yang diantaranya: 1. Kondisi mesin sepeda motor dan alat – alat ukur yang digunakan. 2. Minimnya ketersediaan alat – alat ukur yang dibutuhkan untuk pengujian. 3.3. Deskripsi Alat – Alat Uji Alat – alat yang digunakan dalam kaji eksperimental kali ini diantaranya terdiri dari mesin uji, dinamometer daya, tachometer, tangki bahan bakar, dan alat-alat ukur lainnya. Skema pemasangan alat uji dapat dilihat pada gambar 3.2. dibawah ini:
35
1
Gambar. 3.2. Skema Pemasangan Alat Uji. Keterangan: Jalur bahan bakar
1. Mesin uji.
Jalur udara masuk
2. Karburator.
Jalur udara pendingin
3. Gelas ukur. 4. Alat ukur konsumsi udara. 5. Kipas angin / blower. 6. Knalpot. 7. Prony brake. 8. Lengan torsi. 9. Neraca / timbangan. 10. Roda gigi. 11. Rantai penghubung. 3.3.1. Mesin Uji Mesin yang digunakan dalam pengujian ini adalah mesin sepeda motor 4 tak dengan spesifikasi teknis sebagai berikut: Merk
: RYMCO
Jumlah silinder
: 1 buah segaris
Diameter silinder x langkah
: 50 x 4 9,5 mm
Volume langkah
: 97,193 cc
36
Perbandingan kompresi
: 8,8:1
Daya maksimum
: 7,5 Hp / 7000 rpm
Torsi maksimum
: 0,77 Kgm / 5000 rpm
Tekanan kompresi
: 10,5 Kg/cm2/400 rpm
Putaran idle mesin
: 1950 rpm
Sitem pengapian
: CDI
Gambar. 3.3. Mesin Uji
3.3.2. Dinamometer Daya Dalam pengujian ini dipakai alat ukur torsi tipe absorbtion dynamometer jenis mechanical absorbtion dynamometer. Pada dinamometer jenis ini gesekan dari tali, pita atau rem blok/sepatu rem menyerap energi yang dihasilkan mesin melalui sebuah drum yang berputar. Perbedaan tegangan yang terjadi antara sebelum dan sesudah titik kontaknya untuk mengetahui langkah yang telah dilakukan. Rotasi dari drum itulah yang kemudian digunakan untuk menghitung daya keluaran. Model Prony Brake menjadi pilihan untuk melakukan pengujian prestasi mesin. Faktor-faktor keterbatasan seperti telah disebutkan di atas menjadi salah satu faktor pemilihan alat ini. Alat ini menggunakan mekanisme rem dalam pengoperasiannya. Prony brake ditemukan pada tahun 1821 oleh seorang insinyur Prancis yang bernama
37
Gaspard Clair Francois Marie Riche de Prony (1755-1839). Sebuah prony brake, seperti ditunjukkan dibawah ini, merupakan sebuah alat yang bisa disetel/ disesuaikan untuk mengetahui sebuah torsi beban pada poros keluaran dari sebuah penggerak utama (misal: internal combustion engine, motor elektrik, dsb). Daya keluaran/ energi yang disuplai dari mesin penggerak akan terserap oleh rem/material rem dan kemudian menghilang dalam bentuk panas. Dengan menyetel kekuatan pengereman, tingkatan torsi dapat diubah. Pengkombinasian pengukuran torsi ini dengan pengukuran kecepatan (dalam hal ini putaran atau rpm), maka output keluaran langsung dapat diukur. Kombinasi ini adalah hal yang biasa dalam pengaturan sebuah dinamometer. Prony brake didesain untuk mengukur brake horsepower dari sebuah motor. Sehingga hasil yang diketahui bukanlah angka HP sesungguhnya dari motor itu sendiri. Biasanya sedikit lebih kecil. Alat ini sangat cocok digunakan untuk aplikasi daya dan torsi yang cukup kecil, yang biasanya dilakukan pada sebuah motor yang terdapat dalam sebuah laboratorium. Untuk pengujian kali ini prony brake mengalami sedikit proses modifikasi. Modifikasi dilakukan pada sistem pengereman yang biasa terdapat pada roda belakang sepeda motor. Semua sistem dan dimensi meliputi mesin, rangka, roda gigi, rantai, drum/ tromol rem, tutup/ cover tromol rem, kampas rem, tangkai tuas rem, mur, baut, bantalan peluru/ bearing, poros roda belakang dirangkai semirip mungkin dengan kondisi aslinya. Suku cadang yang digunakan pun sama dengan aslinya. Tromol rem digunakan untuk mengukur daya dari poros keluaran mesin. Kampas rem dan tutup tromol dirangkai seperti pada sebuah sepeda motor. Kampas rem terletak di dalam tromol. Proses pengereman dilakukan dengan memutar tuas rem (tuas perseneling bergerigi dari sebuah sepeda) yang dihubungkan dengan sebuah kabel yang menarik tangkai tuas rem yang terdapat pada tutup tromol rem. Pada tutup tromol dirangkai sebuah lengan yang dihubungkan dengan sebuah pengukur skala (neraca/ timbangan). Tutup tromol itu sendiri dibuat dapat bergerak/ berputar bebas. Berbeda dengan sistem konvensional dimana tutup tromol rem dikunci dengan menggunakan mur, baut, dan penyangga tutup tromol rem. Apabila pengereman dilakukan akan menghasilkan gaya gesek (friction drag) yang bereaksi pada permukaan bagian dalam tromol dan melawan putaran tromol rem. Gaya aksi (putaran
38
tromol rem) dan gaya reaksi (gesekan kampas rem) terjadi di sini. Kampas rem yang notabene menempel pada tutup tromol akan bergesekan dan pergerakannya akan ditahan/ dihentikan dengan sebuah lengan yang terhubung pada sebuah neraca pegas. Dengan demikian besar torsi mesin uji akan langsung terbaca dengan cara melihat langsung tanda panah penunjuk pada neraca. Kerja didefinisikan sebagai hasil perkalian dari gaya dan jarak. Dalam sebuah putaran poros, keliling dalam dari drum/ tromol bergerak sejauh 2 π r melawan gaya gesek f. Oleh karena itu untuk satu putaran: Kerja - 2nr x f Momen dalam dari rem merupakan hasil dari pembacaan F dari skala dan lengan b yang harus diimbangi oleh momen putar rxf atau rxf- Fx b Jadi untuk satu putaran: Kerja = 2 π xF x b
(3.1)
Ketika mesin berputar pada N rpm, kerja per menit menjadi: Kerja per menit = 2n FxbxN Besarnya F.b dinamakan dengan torsi Tb dan kerja per satuan waktu dinamakan daya (tenaga mesin) Pb. Pb =2nNT
(3.2)
Data teknis prony brake: 1. Panjang lengan torsi
: 0,22 m
2. Material gesek
: Kampas
rem
standar
tromol
belakang merek Aspira 3. Timbangan
: Merek Fish Pocket Balance, range 500 g - 50 kg
39
Gambar. 3.5. Konstruksi pemasangan Prony Brake
3.3.3. Tachometer Alat ukur yang dipakai untuk mengukur banyaknya putaran poros mesin adalah tachometer. Pada pengujian ini tachometer yang digunakan adalah tipe cahaya dengan sensor infrared. Prinsip kerja dari alat ukur ini adalah menerjemahkan putaran poros menjadi cahaya yang terputus – putus. Cahaya tersebut terjadi karena adanya pantulan dari sinar infrared yang dipancarkan selanjutnya oleh foto transistor diubah menjadi pulsa listrik, banyaknya pulsa yang muncul ditampilkan pada displai dalam bentuk digital. Frekuensi pulsa listrik sebanding dengan kecepatan putar poros sehingga tampilan pada displai menunjukkan kecepatan putaran poros. Berikut ini spesifikasi dari tachometer : Tipe
: Protek 2234 A
Displai
: 5 digit
Range
: 2.5 s/d 99,999 rpm ( r. / min )
Resolusi
: 0.1 rpm ( 2.5 s/d 999.9 rpm ) 1 rpm ( lebih dari 1000 rpm )
Keakuratan
: ± ( 0.05% + 1 digit )
Waktu sample
: 1 detik ( lebih 60 rpm )
Konsumsi tenaga
: 80 mA ( dalam operasi )
40
Jarak ukur
: 50 sampai 250 mm atau 2 inci sampai 10 inci
Ukuran
: 190 x 72 x 37 mm
Gambar 3.6. Tachometer digital.
3.3.4. Load Cell Torsi Alat yang dipakai pada pengujian kali ini digunakan untuk mengukur besar torsi yang terserap oleh prony brake. Spesifikasi dari alat yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Jenis
: Load Cell Torsi
2. Merek
: Newport Electronic
3. Kapasitas
:199,9 kg
4. Daya baca
: 0,1 kg
41
3.3.5. Gelas Ukur Digunakan untuk menghitung volume bahan bakar yang dikonsumsi oleh mesin uji selama pengujian. Pemakaian bahan bakar dihitung berdasarkan waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan tiap 10 ml bahan bakar. Gelas ukur yang digunakan disini adalah gelas ukur dengan kapasitas 100 ml dengan skala terkecil 10 ml.
Gambar. 3.7. Gelas Ukur 3.3.6. Anemometer Anemometer pada pengujian ini berfungsi untuk mengatur kecepatan udara, sebagai acuan dalam kalibrasi. Untuk pengukuran kecepatan udara ini digunakan anemometer sudu portable (baling–baling), dimana baling–baling tersebut menggerakkan alat penghitung yang menunjukkan jumlah putaran. Dalam anemometer yang terbaca adalah jarak yang ditempuh sedangkan untuk menghitung waktu yang diperlukan untuk menempuh jarak tersebut digunakan stopwatch. Spesifikasi dari anemometer tersebut: Merk : ISC Jarak : 0 s/d 100 m
42
Gambar 3.10. Anemometer
Gambar. 3.8. Susunan Tabung Pitot 3.3.7. Blower Blower berfungsi untuk membantu pendinginan panas mesin selama proses pengujian. Adapun kecepatan hembusan angin dari blower dalam kisaran 60 km/jam. Blower ini sendiri merupakan model blower penyedot udara ruangan.
Gambar 3.9. Kipas Pendingin Alat Uji 3.3.8. Stopwatch Alat pencatat waktu disini digunakan untuk mengukur waktu konsumsi bahan bakar. Stopwach yang digunakan memiliki spesifikasi teknis sebagai berikut:
43
Merk Range
: :
Ketelitian
:
Hanhart, Casio 0 s/d 30 menit 0,1 detik
Gambar. 3.10. Stopwatch Digital
3.4. Kalibrasi Alat Uji Hasil penelitian dengan data yang akurat sangatlah diharapkan selama pengujian. Setiap alat ukur memiliki tingkat ketelitian dan kepresisian yang berbeda – beda. Untuk itulah peralatan penunjang penelitian harus dikalibrasi terlebih dahulu dengan cara membandingkan nilai yang terbaca pada alat ukur yang digunakan dengan yang terbaca pada alat ukur standar. Hasil yang diperoleh dari keduanya kemudian dihubungkan dengan fungsi linier. Berikut ini adalah data dari beberapa alat ukur yang telah dikalibrasi: 3.4.1. Kalibrasi Load Cell Torsi Load cell torsi yang dipakai adalah produk yang dijual bebas di pasaran. Untuk pengkalibrasiannya telah dilakukan di Balai Meteorologi Wilayah Semarang Jl. Imam Bonjol No. 110 Semarang. Untuk kalibrasi telah disiapkan beberapa massa standar sebagai acuan dalam proses pengkalibrasian. Langkah awal yang perlu dilakukan adalah melakukan setting nol pada load cell torsi dalam rosisi tanpa beban. Kemudian dilakukan pembebanan terhadap beberapa massa ukur standar. Nilai yang terbaca pada load cell dibandingkan dengan nilai massa standar dan diplotkan dalam bentuk grafik kalibrasi. Data hasil kalibrasi dari load cell torsi akan disertakan dalam bagian lampiran.
44
3.4.2. Kalibrasi Tachometer Digital Kalibrasi tachometer digital ini dilakukan dengan membandingkannya dengan tachometer digital perangkat pengujian pompa air di laboratorium Fenomena Dasar dan Prestasi Mesin jurusan Teknik Mesin UNDIP. Untuk hasil kalibrasi selengkapnya dapat dilihat dalam bagian lampiran. 3.5. Persiapan Pengujian Sebelum pelaksanann pengujian, perlu dilakukan persiapan dan pengecekan pada peralatan dan perlengkapan uji. Hal ini sangat berguna dalam keakuratan pengambilan data yang diinginkan serta kesadaran akan faktor – faktor keselamatan yang mutlak untuk diperhatikan. Dalam pengujian ini data – data yang diambil adalah torsi beban, laju konsumsi bahan bakar, perbedaan ketinggian pipa pitot, rpm mesin. Ada 2 tahapan persiapan sebelum melakukan tahapan persiapan pengujian. Beberapa langkah persiapan tersebut adalah : A. Persiapan dan pemeriksaan bagian mesin. 1. Sebelum dilakukan pengujian, bahan bakar perlu disiapkan. Pencampuran methanol dengan bensin perlu di btdakan karena komposisi ini terdiri dari 40%, 50%, 60% methanol yang akan dicampur dengan bensin. Ini dimaksudkan untuk mencari Komposisi terbaik dari campuran tersebut. 2. Pengujian dilakukan dengan membandingkan antara bensin dan gasohol (campuran methanol dan bensin), masing – masing bahan bakar dibuat sebanyak l000cc. 3. Melakukan
pengecekan
kondisi
mesin
uji
yang
meliputi
kondisi
oli/ minyak pelumasan mesin, busi, kabel busi, kabel CDI, kabel koil, dan kabel – kabel sistem kelistrikan lainnya. 4. Melakukan servis/ tune up pada mesin uji yang meliputi penyetelan karburator, sudut pengapian. 5. Menempelkan stiker reflektor infra merah pada permukaan magnet pengapian motor. B. Pada bagian alat uji. 1. Memeriksa pemasangan perangkat alat uji meliputi prony brake, gelas ukur.
45
2. Mempersiapkan alat-alat ukur dan alat – alat tambahan lainnya yang diperlukan. Misal: Stopwatch, tachometer infra merah, dan kipas fan tambahan untuk membantu proses pendinginan mesin. 3. Memeriksa semua selang dan sambungan – sambungan untuk memastikan tidak terdapat kebocoran ataupun hal lain yang bisa menghambat proses pengujian. 4. Memberi perhatian ekstra terhadap kondisi pemasangan pada bagian prony brake dan timbangan/ neraca pegas. 5. Memastikan semua instrumen bisa bekerja dengan baik untuk mendapatkan hasil yang maksimal dan menghindari terjadinya kecelakaan kerja. 3.6. Prosedur Pengujian Adapun langkah-langkah pengujiannya adalah sebagai berikut: 1. Menyetting sudut pengapian sesuai dengan hasil percobaan yang dilakukan sebelumnya, yaitu 14 derajat untuk Premium murni, 15 derajat untuk M40, 16 derajat untuk M50, dan 17 derajat untuk M60. 2. Menghidupkan mesin selama 5 menit sebagai pemanasan untuk mencapai kondisi kerja yang diinginkan. Dalam kondisi ini mesin tidak terbebani sama sekali. Selain itu juga memastikan mesin sudah bekerja dengan bahan bakar yang diinginkan (untuk pengujian pertama digunakan bahan bakar premium murni dengan sudut pengapian 14 derajat) 3. Mengatur pembebanan dengan memutar tuas pengereman hingga putaran mencapai 8000 rpm. 4. Mencatat data operasi meliputi putaran mesin, torsi/ beban pengereman, waktu untuk menghabiskan 10 ml bahan bakar, dan beda ketinggian tabung pitot gelas ukur. 5. Menaikkan
beban
pengereman
secara
bertahap
dengan
cara
memutar tuas rem hingga mencapai putaran mesin 3000 rpm dan mencatat semua data operasi mesin pada tiap tahap pembebanan untuk penurunan tiap 1000 rpm.
46
6. Mematikan mesin setelah steady sekitar 1 menit. 7. Mengulangi langkah 1s/d 6 untuk tiap – tiap bahan bakar M40, M50 dan M60 3.7. Metode Perhitungan 3.7.1. Perhitungan untuk Laju Konsumsi Bahan Bakar Pemakaian bahan bakar dihitung berdasarkan waktu pemakaian sebanyak 10 cc baik untuk Premium dan Premium - gasohol. [Ref: 4, Hal: 23] Untuk Premium m premium =
3 x ρ premium x 3,6 t
(3-3)
Untuk Methanol – Premium . 3 m = x ρ x 3,6 t
(3-4)
dimana : .
m bb
: laju konsumsi bahan bakar (kg/jam)
ρbb
: massa jenis atau density bahan bakar (gr/cm3)
t
: waktu yang dipakai untuk menghabiskan bahan bakar (dtk)
3.7.2. Perhitungan untuk Laju Konsumsi Udara Konsumsi udara yang diperlukan untuk proses pembakaran dapat diukur dari kecepatan udara yang masuk karburator dikalikan dengan luas penampang saluran udara dan kerapatan udara (Ref. 4, hal: 24] ma = pax A x v x 3600
(3.5)
dimana: ma
: laju aliran udara (kg/jam)
pa
: massa jenis udara pada 1 atm dan 30°C (1,1774 kg/m3)
A
: luas penampang saluran udara (0,000707m2)
v
: kecepatan udara masuk (m/dt)
47
